protongradient

Protongradienten over mitokondrienes innermembran er av spesiell betydning. Som ledd i redoksreaksjoner ved sluttnedbrytningen av fettstoffer og sukkerarter fraktes elektroner gjennom proteinkomplekser innleiret i innermembranen. Dette tilsvarer at elektroner strømmer gjennom elektriske ledninger. Energien som frigjøres ved redoksreaksjonene, brukes til å pumpe protoner ut gjennom mitokondrienes innermembran, slik at H⁺-konsentrasjonen på innsiden av membranen blir lavere enn på utsiden. Protongradienten som derved dannes er en energirik tilstand som består av to komponenter:

• forskjellen i konsentrasjoner av protoner over membranen
• den tilhørende spenningsforskjellen over membranen som skyldes at protoner har ladning

Protongradienten refereres derfor også til som en elektrokjemisk gradient. Energien i gradienten kan høstes ved at protonene flyter inn gjennom innermembranen gjennom spesielle transportkanaler kalt ATP-syntase, som bruker bevegelsen av protonene til å hekte en fosfatgruppe på ADP slik at det energirike molekylet ATP dannes. ATP kan så brukes til å drive andre energikrevende prosesser i cellen. Fordi redoksreaksjonene brukes til fosforylering av ADP til ATP, kalles prosessen oksidativ fosforylering.

Dannelse av protongradienten er altså det som kobler redoksreaksjonene til fosforyleringen. Redoksreaksjonene kan frakobles fosforyleringen dersom protoneneflyter inn gjennom innermembranen utenom ATP-syntasekomplekset, slik at energien kun går over til spillvarme. I brunt fettvev, som er et varmegenererende vev, skjer slik utkobling. Mennesket har svært lite brunt fettvev. Det er imidlertid mulig at utkobling kan skje i andre typer vev. Dette har stor interesse i forbindelse med fedme, ettersom vi har proteiner som virker som utkoblere. Et spørsmål er derfor om noen individer kan ha større fødeinntak enn andre uten å legge på seg, og uten tilsynelatende å være mer fysisk aktive, fordi de lar en større andel av energien som frigjøres ved forbrenning av maten, gå til spillvarme grunnet utkobling av protongradienten.

I mennesket er tre utkoblingsproteiner identifisert. De kalles UCP1, UCP2 og UCP3. UCP står for engelsk uncoupling protein.

UCP1 (også kalt thermogenin), som ble først identifisert, er uttrykt i brunt fettvev, der det virker som utkobler ved å danne en kanal gjennom mitokondrie-innermembranen som protonene kan lekke inn gjennom. UCP2 og UCP3 uttrykkes i andre typer vev og ser ut til å ha andre fysiologiske roller enn UCP1. Det er blant annet holdepunkter for at de kan beskytte mitokondriene mot skader av oksygenradikaler ved å lekke disse ut til cytosol, hvilket kan være ledd i beskyttelse av celler mot utløsing av apoptose (programmert celledød).

Noen enkle kjemiske stoffer kan også virke som utkoblere, hvorav dinitrofenol er mest kjent. Dette stoffet ble først brukt som slankemiddel i USA i 1930-årene, der det var i utbredt bruk noen år inntil det ble oppdaget at det kunne gi alvorlige bivirkninger, av og til med dødelig utgang. Viktigste bivirkning er alvorlig hypertermi (økning av kroppstemperaturen) som resultat av økt varmedannelse. Dinitrofenol har også blitt brukt i kroppsbyggermiljøer for rask fjerning av underhudsfettvev før konkurranser.

• mitokondrie
• elektrontransportkjeden