Die Bildung von ATP (Adenosintriphosphat) aus ADP (Adenosindiphosphat) und P (anorganisches Phosphat) erfolgt mithilfe des Enzyms ATP-Synthase. ATP-Synthase-Moleküle sind in der Mitochondrienmembran lokalisiert. Ein Molekül besteht aus den beiden Untereinheiten
und . Der besitzt einen Tunnel, durch den die Protonen (+) hindurchschlüpfen.
Mit dem Konzentrationsgefälle wandern sie durch den und bringen den zur Rotation. Die Achse des Enzyms dreht sich und mit ihr der .
Im befinden sich drei aktive Zentren, jeweils um 120° Grad versetzt. Ein Zentrum steht offen, im zweiten befinden sich an das Substrat locker angelagertes ADP und P, im dritten befindet sich fest gebundenes ATP.
Wenn sich die zentrale Achse dreht, ändern sich die Bindungseigenschaften der aktiven Zentren. Die blau gekennzeichnete Tasche öffnet sich und entlässt das Reaktionsprodukt ATP. Die grün gekennzeichnete Tasche verengt sich, so dass ADP und P zusammenrücken und reagieren. Wenn dieser Vorgang noch zweimal abläuft, hat sich die Achse einmal komplett gedreht.
So entsteht durch drehende Bewegungen auf der einen Seite laufend ATP während ADP und P auf der anderen Seite gebunden werden. ATP-Synthase wirkt also wie ein Rad.
Dieses Enzym ist im gesamten Organismenreich zu finden, bei den einfachsten Bakterien, komplizierten Vielzellern, Pflanzen, Tieren und beim Menschen.
Es ist in der Evolution schon früh „erfunden“ worden. Es ist der Motor, von dem das Leben auf der Erde abhängt.
Stand: 2010
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