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Die ATP-Synthase ist ein großes Enzym, das sich in der inneren Mitochondrienmembran befindet. Es ist unterteilt in:
Er ist für die Umwandlung eines Protonengradienten in die Energie, die in der terminalen Phosphatbindung von ATP während der oxidativen Phosphorylierung enthalten ist, unerlässlich. Die Protonen wandern entlang ihres chemiosmotischen Gradienten durch den Protonenkanal und bewirken gleichzeitig eine Veränderung im Kopfabschnitt. Durch die Konfigurationsänderung wird die Reaktion ausgelöst: ADP + anorganisches Phosphat -> ATP.
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