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Chemiosmosi nel mitocondrio

Nell’ultima fase della respirazione cellulare, la fosforilazione ossidativa, le molecole di NADH e FADH₂ formatesi nello stadio precedente (ciclo di Krebs) si ossidano, in modo da ritornare in forma di NAD⁺ e FAD ed essere riutilizzati in un nuovo processo respiratorio. Ossidandosi, cedono elettroni, che si spostano attraverso una catena di molecole (trasportatori) situate nella membrana interna del mitocondrio. Il flusso di elettroni genera energia e fa sì che, dall’interno del mitocondrio (matrice), ioni idrogeno H⁺ vengano pompati verso l’esterno, e si accumulino nello spazio tra le due membrane dell’organulo.

Nella membrana interna del mitocondrio, però, si trovano canali proteici specifici per gli ioni idrogeno, cioè strutture collocate nello spessore della membrana, che funzionano come “tunnel” di passaggio per gli ioni. È a livello di tali canali che avviene il processo di chemiosmosi. Gli ioni idrogeno accumulati nello spazio intermembrana fluiscono attraverso il canale e ritornano verso l’interno del mitocondrio: poiché diffondono da una zona a maggiore concentrazione verso una dove sono meno concentrati, il processo è spontaneo e libera energia. Questa energia viene usata per la reazione: ADP + P → ATP che avviene a livello dei canali proteici. Qui si trova l’ATP sintetasi, l’enzima necessario alla sintesi dell’ATP.