Protongradiënt (ook bekend als protonaandrijfkracht) wordt tot stand gebracht over het plasmamembraan van bacteriële cellen en het binnenste mitochondriale membraan van eukaryotische cellen tijdens oxidatieve fosforylatie. Protongradiënt vormt de drijvende kracht achter verschillende cellulaire processen, waaronder de synthese van ATP.

Hier is een algemeen overzicht van hoe de protongradiënt tot stand komt:

1. Elektronentransportketen:

- Tijdens cellulaire ademhaling (aëroob metabolisme) worden elektronen van NADH en FADH2 doorgegeven langs de elektronentransportketen (ETC) die zich in het plasmamembraan van prokaryoten of het binnenste mitochondriale membraan van eukaryoten bevindt.

2. Pompen van protonen:

- Terwijl elektronen door de eiwitcomplexen van de ETC bewegen, komt er energie vrij, die wordt gebruikt om protonen (H+) uit de matrix (in mitochondriën) of cytoplasma (in bacteriën) naar de intermembraanruimte (mitochondriën) of de periplasmatische ruimte ( bacteriën).

- De protonpompen (complexen I, III en IV in mitochondriën; complexen I en II in bacteriën) gebruiken de energie van elektronenoverdracht om protonen door het membraan te transporteren, waardoor een protongradiënt ontstaat.

3. Protonaccumulatie:

- De elektronentransportketen pompt protonen uit de mitochondriale matrix of het bacteriële cytoplasma, wat resulteert in een ophoping van protonen in de intermembranaire ruimte (mitochondriën) of de periplasmatische ruimte (bacteriën).

4. Elektrochemische gradiënt:

- De protonengradiënt die over het membraan tot stand komt, bestaat uit twee componenten:een elektrische component als gevolg van de scheiding van ladingen (negatief binnen, positief buiten) en een chemische concentratiegradiënt als gevolg van de hogere protonconcentratie in de intermembraanruimte of de periplasmatische ruimte.

5. ATP-synthese:

- De protonengradiënt gegenereerd door de elektronentransportketen drijft de synthese van ATP aan via ATP-synthase, een membraangebonden enzymcomplex.

- Protonen stromen langs de elektrochemische gradiënt door het ATP-synthase en leveren de energie die het enzym nodig heeft om ADP te fosforyleren tot ATP.

Door gebruik te maken van de energie die vrijkomt tijdens elektronentransport, fungeert de protongradiënt als een energiereservoir, waardoor de synthese van ATP via ATP-synthase wordt aangedreven. Dit proces van oxidatieve fosforylering is cruciaal voor de opwekking van cellulaire energie in de vorm van ATP, en ondersteunt verschillende energievereiste processen in cellen.