Organellar Proton-ATPases

جهان پمپ‌های پروتون ناتان نلسون اغلب یک ناظر به یک پدیده زندگی نگاه می‌کند و از خود می‌پرسد که چرا طبیعت این مسیر را از چندین مکانیسم موجود دیگر خارج کرده است. برای درک این چالش، او ممکن است ابتدا سعی کند تکامل این فرآیند را با در نظر گرفتن نیروهای محرک اصلی که در طول 3.5 میلیارد سال گذشته روی زمین وجود داشته اند، بازسازی کند. اکنون می دانیم که گرادیان الکتروشیمیایی پروتون ها واسطه جهانی با انرژی بالا است که توسط هر سلول زنده در طبیعت تولید و استفاده می شود. این واسطه پر انرژی بیانگر غلظت های مختلف پروتون های فعال در دو وجه غشاهای بیولوژیکی است. پس چرا طبیعت انتخاب کرد که از شیب غالب الکتروشیمیایی پروتون ها و هیچ یون دیگری استفاده کند؟ پاسخ به این سوال ممکن است در محیطی باشد که اولین موجودات زنده در آن تکامل یافته اند. برخی از آنها ممکن است توسط یک محیط اسیدی به چالش کشیده شده باشند که PH داخلی آنها (با نشت پروتون از طریق غشاهای آنها) را به سطوح کشنده کاهش داده است. برای مقابله با این حوادث، پمپ های پروتون تکامل یافتند. دو سیستم مستقل توسعه یافتند. یکی یک پمپ پروتون همراه با انتقال انرژی الکتریکی بردار الکترون در سراشیبی در سراسر غشاء و دومی یک پمپ پروتون وابسته به ATP بود. هر دوی آنها پروتون‌ها را از سلول‌ها به بیرون پمپ می‌کنند و یک گرادیان الکتروشیمیایی از پروتون‌ها را تولید می‌کنند.

THE WORLD OF PROTON PUMPS Nathan Nelson uite frequently an observer looks at a life phenomenon and asks ~himself why nature took this route out of several other available mec anisms. In order to understand this challenge he may first try to reconstruct the evolution of the process taking into account the main driving forces that were assumed to exist during the last 3. 5 billion years on earth. Now we know that the electrochemical gradient of protons is the universal high-energy intermediate produced and uti­ lized by every living cell in nature. This high energy intermediate is an expression of different concentrations of active protons in the two faces of biological membranes. Why then did nature elect to utilize a pre­ dominantly electrochemical gradient of protons and no other ion? The answer to this question may lie in the environment in which the first living creatures evolved. Some of them may have been challenged by an acidic environment that lowered their internal pH (by a proton leak through their membranes) to lethal levels. To counteract these inci­ dents proton pumps evolved. Two independent systems were devel­ oped. One was a proton pump coupled to energetically downhill vectorial electron transport across membranes and the second was an ATP-dependent proton pump. Both of them pump protons outward from the cells generating an electrochemical gradient of protons.