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Lexikon der Biologie: Protonenpumpe

Protonenpumpe, Protonenkanal, Bezeichnung für integrale Membranproteine, welche die Translokation von Protonen (Protonentransport; Proton) durch Bio-Membranen vermitteln. Es handelt sich bei diesen sog. Protonenpumpen fast ausschließlich um primär aktive Transportsysteme (Membrantransport). Man unterscheidet: 1) Protonentransportsysteme, die an Elektronentransportketten gekoppelt sind (Atmungskette, Elektronentransport, Photophosphorylierung). 2) Protonen-getriebene F0F1-ATP-Synthase-Komplexe; hierbei fungiert der Membran-integrale F0-Teil als Protonenkanal (mitochondrialer Kopplungsfaktor, Mitochondrien). 3) ATP-abhängiger Protonentransport in der Plasmamembran von Eukaryoten. Hierzu gehört die H+-, K+-ATPase, eine wichtige Protonenpumpe in der luminalen Plasmamembran der Belegzellen im Magen. Diese Protonenpumpe ist für die Ansäuerung des Magensafts verantwortlich und baut den wahrscheinlich steilsten pH-Gradienten (elektrochemischer Gradient) im Säugerorganismus auf (ca. 7 pH-Einheiten; pH-Wert). Die H+-ATPase ist eine reine Protonenpumpe, die elektrogen ohne Gegenion arbeitet. Sie wurde in der Plasmamembran von Hefen und Pflanzenzellen gefunden. 4) Eine ähnliche Protonenpumpe, auch als V-ATPase bezeichnet, wird in der Membran von Lysosomen gefunden, die den intralysosomalen pH-Wert bei 3,8–5,0 konstant hält. 5) Eine lichtgetriebene Protonenpumpe stellt das Bakteriorhodopsin in der Purpurmembran halophiler Bakterien (Halobakterien) dar. Unter Sauerstoffmangel werden diese funktionellen Membranbereiche ausgedehnt und die durch die vektoriell arbeitenden Protonenpumpen aufgebaute protonenmotorische Kraft zur ATP-Synthese verwendet. 6) Schließlich kennt man noch den Protonen-abhängigen Symport (Cotransport) oder Antiport anderer Moleküle durch Membranen (sekundär aktiver Transport; Membrantransport), z.B. Adrenalin-Protonen-Antiport in der Membran der chromaffinen Granula der Nebennierenmarkzellen, Transport von Saccharose und vielen sekundären Pflanzenstoffen in die pflanzliche Vakuole. Bakteriengeißel, Membranproteine, Thylakoidmembran.

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