Membran dalam mitokondria atau membran plasma prokariota ditempati oleh banyak komplek protein yang disebut ATP sintase (ATP synthase). ATP sintase merupakan enzim yang membuat ATP dari ADP dan fosfor anorganik. ATP sintase bekerja seperti pompa ion yang bekerja terbalik.
Pompa ion biasanya menggunakan ATP sebagai sumber energi untuk mentraspor ion melawan gradiennya, sedangkan pada ATP sintase menggunakan energi dari gradien ion yang ada untuk melakukan sistesis ATP. Sumber tenaga bagi ATP sintase adalah perbedaan konsentrasi H+ di kedua sisi membran dalam mitokondria.
Proses ini menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk gradien ion hidrogen di kedua sisi membran untuk menggerakkan kerja seluler seperti sintesis ATP. Proses ini dinamakan kemiosmosis.
Pertanyaan selanjutnya yang muncul adalah bagaimana aliran H+ melalui enzim sebesar ini (ATP sintase) mampu memberikan tenaga bagi pembentukan ATP. Enzim ATP sintase adalah kompleks multi subunit dengan empat bagian utama, yang masing-masing terdiri dari banyak polipeptida.
Proton (H+) bergerak satu per satu menuju ke dalam situs pengikatan salah satu bagian (rotor), hal ini mengakibatkan rotor berputar sedemikian rupa sehingga mengkatalis produksi ATP dari ADP dan fosfat anorganik. Dapat kita bayangkan bahwa aliran proton berlaku seperti aliran sungai yang menggerakkan turbin atau kincir air.
ATP sintase merupakan motor putar molekular terkecil di alam. Para peneliti telah melakukan percobaan untuk mendemonstrasikan bahwa arah rotasi salah satu bagian kompleks protein tersebut terhadap bagian yang lain merupakan satu-satunya hal yang menyebabkan sistesis ATP.
Membran dalam mitokondria mampu mempertahankan gradien H+ yang menggerakkan sintesis ATP dikarenakan rantai transpor elektron. Seperti yang kita ketahui pada postingan sebelumnya bahwa rantai transpor elektron menggunakan aliran eksergonik elektron dari NADH dan FADH2 untuk memompa H+ menuju ruang antar membran, di sisi lain H+ mempunyai kecenderungan untuk bergerak kembali melintasi membran dengan berdifusi menuruni gradiennya, dan ATP sintase murupakan satu-satunya saluran bagi H+ untuk menembus membran.
ATP sintase memanfaatkan aliran eksergonik H+ di kedua sisi membran akan menggandengkan reaksi redoks pada rantai transpor elektron dengan sintesis ATP, hal ini merupakan salah satu contoh kemiosmosis.
Pada saat proses transpor elektron pada rantai transpor elektron, rantai transpor elektron akan menerima dan melepaskan proton (H+) bersamaan dengan elektron, dimana larutan berair di dalam dan di sekeliling sel merupakan sumber H+ yang mudah diperoleh. Dalam sel eukariot pembawa elektron tersusun secara spasial di dalam membran, sehingga H+ di terima matriks mitokondria dan ditampung di ruang antar membran. Gradien H+ yang dihasilkan dinamakan gaya gerak proton (proton-motive force), gaya tersebut menggerakkan H+ kembali melintasi membran melalui saluran yang disediakan ATP sintase.
Dengan menggunakan istilah umum, kemiosmosis dapat dikatakan mekanisme penggandengan-energi yang menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk gradien H+ di kedua sisi membran untuk menggerakkan kerja seluler. Dalam mitokondria energi untuk kemiosmosis berasal dari reaksi eksergonik (rantai transpor elektron) dan sintesis ATP merupakan kerja yang dilakukan.
Selain pada mitokondria kemiosmosis juga terjadi tempat lain, seperti kloroplas. Kloroplas menggunakan energi kemiosmosis untuk membuat ATP selama fotosintesis. Selain itu, pada prokariota penggunaan gaya gerak proton tidak hanya untuk membuat ATP dalam sel, namun juga untuk merotasi flagelanya, memompa nutrien, dan zat buangan melintasi membran.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar