Protonengradient im mitochondrium
Hallo Community,
ich beschäftige mich gerade mit der ATP Synthese im Mitochondrium. Angetrieben wird die ATP Synthase durch den Protonengradienten, der durch die Elektronentransportkette aufgebaut wird. Die ATP Synthase ist in der inneren Membran eingebettet, somit muss der Protonengradient im Zwischenmembranraum aufgebaut werden (also zwischen innerer und äußerer Membran).
Jetzt kommt der Punkt, den ich nicht verstehe: Da die äußere Membran Porine besitzt, müssten die Protonen, die in den Zwischenmembranraum gepumpt werden, hindurch gelangen und der Gradient wäre zerstört.
Habe ich etwas falsch verstanden, einen Denkfehler oder etwas übersehen?
Ich wäre sehr dankbar für eure Hilfe!
Freundlichen Gruß und Dank im Voraus!
2 Antworten
Hi, du hast alles richtig verstanden, außer einen Punkt:
Wenn es heißt, der Protonengradient wird über der inneren Membran aufgebaut, heißt das nur, dass ein Konzentrationsgefälle von Protonen zwischen dem Raum außerhalb der Matrix und der Matrix besteht. Es ist nicht die Rede davon, dass die Protonen den Membranzwischenraum niemals verlassen würden. In der Tat tun sie das, denn die äußere Mitochondrienmembran ist für kleine Moleküle vollständig permeabel, sodass sie rasch ihr Konzenentrationsgleichgewicht erreichen. Mit anderen Worten: Der pH-Wer im Cytosol ist der Gleiche wie im Membranzwischenraum (ca. pH 7). Man kann also genau so gut sagen, es besteht ein Konzentrationsgefälle zwischen Cytosol und Matrix. Während sich aufgrund der Größe der pH-Wert im Cytosol kaum ändert, wird durch das Herauspumpen der pH-Wert im Inneren (in der Matrix) merklich um ca. 0,3-0,5 Einheiten gesenkt. Hinzu kommt die elektrische Komponente (das Membranpotential), die einen viel größeren Beitrag liefert (nämlich ca 160-170 mV). Diese negative Ladung auf der Matrixseite hält natürlich (wie ein Magnet) auch viele positiv geladene Teilchen in der Nähe der Membranoberfläche der Intermembranraumseite und verhindert deren wegdiffundieren, sodass eine lokale hohe Konzentration durchaus aufrecht erhalten werden kann.
Was MufffyMufff sagt ist nicht ganz korrekt. Es gibt Aquaporine, die aufgrund bestimmter Aminosäuren selektiv Wasser, aber keine Hydroniumionen (Protonen) durchlassen, aber sie spielen an anderen Stellen eine Rolle (z.B. in der Plasmamembran des Transportepithels der Sammelrohre der Nieren ). Auch die Beta-Fass-Porine, die in der äußeren Mitochondrienmembran vorkommen, sind nicht alle zwangsläufig hochselektiv, sondern einige bilden einfach nur wassergefüllte Kanäle, die polaren, kleinen Molekülen die Diffusion erleichtern.
Mfg
Vielen Dank für den Stern :)
beim nochmaligen Durchlesen ist mir allerdings ein Fehler aufgefallen: der pH-Wert STEIGT selbstveständlich in der Matrix um 0,3-0,5 Einheiten beim Herauspumpen der Protonen...ich hoffe dass du die Korrektur noch liest ;-)
Ich studiere im Ausland und unsere Professoren haben manchmal Probleme eine Frage in Englisch zu formulieren. Bei dem Exam fragte mein B. Chem Lehrer ob die Free energy des Elektronenunterschieds für die Gewinnung von ATP von C5 ATP syntase genutzt werden kann.
Dies habe ich leider nicht angekreuzt, da ich dachte, dass die Energie nicht frei ist, sondern durch die Membran Contained (gebunden) ist.
Du hast das schon alles richtig verstanden, dir fehlt lediglich die Information das Proteine/Enzyme in der Regel (kommt natürlich immer auf das Protein/Enzym an) verschiedene "Unterarten" (Isoformen) besitzen.
In diesem Falle haben alle Porine gemeinsam das sie einen Tunnel in der Zellmembran bilden (haben also alle eine ringfömig angeordnetes beta-Faltblatt-Strukturmotiv). Dieser Bauplan ist dann bei den Isoformen an bestimmten Stellen modifiziert (andere Aminosäureseitenketten, angebaute Zuckermoleküle,...), so das jede Isoform eine etwas andere Funktion erhält.
Im Falle der Porine stellen diese also nicht einfache "Löcher" in der Membran dar, sondern sind im Kanalinneren mit Aminosäuren ausgestattet, die den Kanal nur für bestimmte Moleküle (je nach größe oder Ladung z.B.) durchlässig machen.
Die äußere Membran der Mitochondrien ist also nur mit für Protonen undurchlässigen Porinen besetzt.
Gruß,
Mufff
PS:
Der Protonengradient liegt zwischen dem Intrazellulärraum und dem Intermambranraum sowie zw. dem Intermambranraum und dem Mito-Matrixraum. Der Protonenüberschuss wird zwar im Intermembranraum generiert, aber der Gradient liegt jeweils zwischen den zwei Seiten einer Biomembran.