Respuesta rápida y sucia: los electrones suelen ser la moneda de las reacciones químicas. En el caso de la respiración y la fotosíntesis, los electrones son expulsados de los donantes: clorofila activada por la luz en el caso de una fotosíntesis y NADH y succinato en la respiración celular. Estos electrones libres se encuentran en un estado de alta energía y eventualmente entrarán en un estado de baja energía cuando sean capturados por alguna u otra molécula. El objetivo crucial en la respiración celular o la fotosíntesis es intentar cosechar la mayor cantidad de esta energía (la diferencia entre el estado de alta energía y el estado de baja energía) como sea posible. Esto se hace controlando el viaje del electrón desde un estado de alta energía a un estado de baja energía transportándolo a través de una serie de moléculas con electronegatividades graduales. El transporte del electrón de una molécula a otra molécula más electronegativa es una reacción redox que concomitantemente proporciona energía en forma de un cambio conformacional en una molécula de proteína que impulsa algún trabajo. Un ejemplo de esto es una bomba de protones. El cambio conformacional en la bomba de protones permite el movimiento de un protón contra un gradiente, creando esencialmente una carga y un gradiente de pH. El flujo de estos protones hacia atrás con el gradiente a través de otras proteínas puede conducir un trabajo útil. El trabajo útil podría ser la producción de ATP en la fotosíntesis y la respiración celular, o la rotación de un motor flagelar.
El corazón del mecanismo: cómo la “energía libre” que está disponible como resultado del transporte de electrones en realidad impulsa el cambio conformacional que da como resultado el movimiento del protón, por lo que yo sé, todavía no se comprende del todo. La estructura de las proteínas involucradas (como la citocromo oxidasa c) es conocida, y existen mecanismos candidatos. Pero, no creo que la investigación haya solucionado el problema todavía.
