protonengradiënt

Protonengradiënt, ook wel de protonmotive kracht genoemd, is het verschil in protonconcentratie en elektrisch potentiaal over een membraan. Het bestaat uit twee componenten: ΔpH, het pH-verschil aan weerszijden van het membraan, en Δψ, de elektrische lading difference. Samen vormen zij de energiebron waaruit cellen kracht halen voor energierijke processen.

Hoe de gradient ontstaat, varieert per organisme. In mitochondriën pompt de elektronentransportketen actief protonen uit de matrix naar de intermembraanruimte. In chloroplasten gebeurt dit tijdens fotosynthese, waarbij protonen naar het lumen van het thylakoïde worden gepompt. Het resulterende protonengradiënt vormt een protonmotive kracht die energie bevat in twee vormen: chemische energie via ΔpH en elektrische energie via Δψ.

De protonengradiënt drijft voornamelijk ATP-synthese aan. ATP-synthase gebruikt de energie van de gradient om ADP en Pi samen te voegen tot ATP. Daarnaast kan PMF transporters aandrijven die voedingsstoffen en ionen de cel in of uit verhuizen. In bredere zin levert de gradient energie voor diverse transportprocessen en chemische reacties die afhankelijk zijn van energiestatus van de cel.

Regulatie en meting: de gradient kan worden gedissipeerd door onkoppelaars (bijv. FCCP) of door remmers van ATP-synthase. De protonengradiënt kan worden gemeten met elektroden of fluorescente probes die Δψ en ΔpH aangeven, bijvoorbeeld door gebruik van ladinggevoelige fluoroforen of pH-sensitive indicatoren.

Belang: protonengradiënt is een centraal concept in de biologie van energiemetabolisme, aanwezig in mitochondriën, chloroplasten en veel prokaryoten, en essentieel voor de productie van ATP en voor transportprocessen in cellen.