Wenn man verstanden hat, wie der aktive Transport von Stoffen durch eine Membran funktioniert, sollte man kein Problem haben, die chemiosmotische ATP-Bildung zu verstehen.
Grundprinzip
Wenn Teilchen, beispielsweise Natrium-Ionen Na+ oder Protonen H+, in Richtung ihres Konzentrationsgradienten durch eine Membran diffundieren, spricht man von einem passiven Transport.
Werden solche Teilchen dagegen "bergauf" transportiert, also gegen ihren Konzentrationsgradienten, muss dafür Energie aufgewandt werden. Meistens geschieht das mit Hilfe des universellen Energieträgers ATP.
Wenn Sie Wasser einen Berg hochpumpen wollen, müssen Sie ja auch Energie dafür zur Verfügung stellen.
Jetzt stellen wir uns die Frage, was passiert eigentlich, wenn ein solcher ATP-getriebener aktiver Transport von Teilchen rückwärts abläuft? Wie muss man sich das vorstellen?
Vorwärts-Ablauf:
Protonen werden gegen ihr Konzentrationsgefälle über einen Protonentransport-Protein durch die Membran gepumpt, dabei wird ATP in ADP und Phosphat gespalten.
Rückwärts-Ablauf:
Protonen fließen mit dem Konzentrationsgefälle über das Protonentransport-Protein zurück durch die Membran, dabei wird ATP aus ADP und Phosphat hergestellt. Dieses Protonentransport-Protein wird daher ATPase genannt, weil es ATP herstellt. Die dafür notwendige Energie ist in dem Konzentrationsgefälle der Protonen gespeichert.
Wenn Wasser in einem Stausee gespeichert ist, steckt auch unheimlich viel Energie in dem "Konzentrationsgefälle" des Wassers (oben viel Wasser, unten wenig Wasser). Mit dieser gespeicherten Energie können dann Turbinen angetrieben werden, die Strom erzeugen.
Photosynthese
Die ATP-Herstellung in den Chloroplasten der grünen Pflanzen erfolgt nach genau diesem chemiosmotischen Prinzip. Durch die Zufuhr von Lichtenergie werden Wasser-Moleküle in Protonen, Elektronen und Sauerstoff gespalten, und die Protonen dienen dann u.a. zum Aufbau eines Protonengradienten, der dann wieder zur chemiosmotischen ATP-Herstellung genutzt wird.
Aerobe Dissimilation
Die Verbrennung von Glucose in den Zellen der Eukaryoten erfolgt in drei Schritten. In der Glycolyse werden die Glucose-Moleküle zunächst in kleinere Einheiten zerlegt. Diese werden in die Mitochondrien transportiert und im Citratzyklus zu CO2 und Wasserstoff abgebaut. Der Wasserstoff wird an bestimmte Coenzyme gebunden, die dann dafür sorgen, dass quer über die innere Mitochondrien-Membran ein Protonengradient entsteht. Wenn die Protonen dann passiv zurück fließen, kann ATP hergestellt werden.
Die Atmungskette
Auf dieser Seite meiner Homepage gehe ich auf genau dieses Thema näher ein - Umkehrung eines aktiven Transports.