En protonpump är ett integrerat membranprotein som ansvarar för att transportera protoner – subatomära partiklar med positiv elektrisk laddning (+1) – över cellmembran, mitokondriers membran och andra cellulära kompartmenter. Genom att aktivt flytta protoner bygger pumpen upp en energirik elektrokemisk potential som cellen kan utnyttja för sina livsviktiga processer.
Under cellandningen tar protonpumpen upp protoner från matrixen – materialet inuti mitokondrien där specialiserade strukturer är inbäddade – och släpper ut dem i det intermembrana rummet. Processen skapar en gradient i både pH och elektrisk laddning. Denna gradient bidrar till att bygga upp en elektrokemisk potential, som kan beskrivas som cellens lagrade energireservoar eller batteri. Eftersom det inre membranet blockerar protoner från att passivt strömma tillbaka in i matrixen krävs energi för att driva processen framåt.
Arkebakterier, eller arkeer, är en grupp encelliga mikroorganismer. De är prokaryoter, vilket innebär att de saknar cellkärna. Arkeer utgör en stor grupp som i vissa avseenden liknar bakterier och i andra avseenden eukaryoter – organismer som har en cellkärna. När det gäller cellstruktur och metabolism påminner arkeerna om andra prokaryoter, medan deras genetiska transkription (RNA-syntes) och translation (genexpression) snarare liknar eukaryoternas.
Hos mitokondrier drivs protontransporten av energin från elektrontransportkedjan under cellandningen, medan många bakterier och arkeer i stället utnyttjar ljusenergi eller kemiska reaktioner. Arkeer använder särskilt ett protein som heter bakteriorodopsin som protonpump. Bakteriorodopsin är ett integrerat membranprotein som kan täcka ungefär hälften av cellens yta hos vissa arkearter, framför allt bland halofila (saltälskande) arkeer som släktet Halobacterium. Proteinet gör det möjligt för arkeerna att fånga ljusenergi och använda den för att flytta protoner över cellmembranet.
Bakteriorodopsin var det första membrantransportprotein vars tredimensionella struktur helt kartlades och studerades, enligt boken Molecular Biology of the Cell av Bruce Alberts. Varje bakteriorodopsinmolekyl innehåller en retinal – en ljusabsorberande grupp – som ger proteinet dess karakteristiskt lila färg. När molekylen träffas av en foton, en ljuspartikel, exciteras retinalen och ändrar form. Denna konformationsförändring leder till att en proton förs från cellens insida till utsidan.
Vid starkt ljus kan varje bakteriorodopsinmolekyl pumpa flera hundra protoner per sekund, enligt Alberts. Den ljusdrivna protontransporten skapar en gradient över plasmamembranet, och denna gradient driver i sin tur produktionen av ATP – en förening med hög kemisk energi – samt andra energikrävande processer i cellen. Bakteriorodopsin fungerar alltså som en protonpump som omvandlar solenergi till en elektrokemisk gradient, vilken i slutändan försörjer hela arkecellen med energi.
Tack vare denna mekanism kan arkeer som lever i extrema miljöer, exempelvis saltsjöar med lågt syreinnehåll, ändå producera energi direkt från solljus när syrebrist begränsar den vanliga andningen. Det gör bakteriorodopsin till ett av naturens mest effektiva exempel på ljusskördande proteiner.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online