Protonigradientti

Protonigradientti on elektrokemiallinen gradientti protonien (H+) yli biologisen kalvon. Se muodostuu, kun elektronikuljetusketjut tai vastaavat prosessit siirtävät protoneitakalvon yhdeltä puolelta toiselle, esimerkiksi mitokondrion sisäkalvon alueelta matriksista intermembrane spaceen tai kloroplastin thylakoidikalvon lumenin puolelle. Gradientin kaksi komponenttia ovat protonipitoisuusero (ΔpH) ja sähkökenttäero (ΔΨ) kalvon yli. Näiden yhdistelmästä syntyy protonivoima, joka on tunnettu myös proton motive forceiksi (PMF).

PMF toimii energianlähteenä ATP:n tuotannossa sekä erilaisten kalvon läpi tapahtuvien kuljetusten ja prosessien käynnistämisessä. Protoni virtaa takaisin kalvon läpi F0F1-tyyppisen ATP-syntaasin läpi, jolloin ADP:stä syntyy ATP. PMF:ää voidaan hyödyntää myös muissa toimintoissa, kuten kuljetus proteiinien ja muiden aineiden kalvojen yli sekä joidenkin bakteerien liikkeen aikaansaamisessa (esim. protonien avulla motori).

Gradientin ylläpito ja purkautuminen voivat muuttua erilaisten prosessien aikana. Uncoupler-aineset, kuten DNP, voivat purkaa PMF:n ilman ATP:n muodostumista, jolloin energiasta tulee lämpöä. PMF:n suuruutta mitataan yleensä millivoltteina (mV), ja se voidaan arvioida ΔΨ:n ja ΔpH:n kautta tai suoraan koeputkiolosuhteissa havaitsemalla. Protonigradientti on keskeinen osa solujen bioenergiaa ja perustason ilmiö kemiosmoositeorian mukaisesti.