Wie du bereits gelernt hast, veranlasst die Elektronentransportkette die Bildung des Energieträgers ATP. Dafür ist ein Proteinkomplex zuständig – die ATP-Synthase. Dieser ist am Ende der Elektronentransportkette hinter dem Photosystem I in der Thylakoidmembran lokalisiert. Vielleicht kommt dir dieser Komplex schon aus der Atmungskette in der Mitochondrienmembran bekannt vor? Tatsächlich stimmen einige Komponenten dieser beiden ATP-Synthasen bis zu 60% überein.

Beim Elektronentransport wird Energie frei, die die beteiligten Redoxsysteme zum Transport von Wasserstoffionen (H+) aus dem Stroma in den Thylakoidinnenraum nutzen. Das hat zur Folge, dass einerseits  die Wasserstoffionenkonzentration im Stroma abnimmt und dadurch der pH-Wert ansteigt. Andererseits kommt es zu einer hohen Wasserstoffionenansammlung im Innenraum, wodurch auch der pH-Wert sinkt. Dadurch entsteht ein Konzentrationsunterschied (chemisches Potential) – in diesem Fall ein Protonengradient, da wir es hier mit Protonen zu tun haben. Zusätzlich entsteht ein Spannungsunterschied (elektrisches Potential), da die Stromaseite nun negativ und der Innenraum positiv geladen sind.

Biomembranen wie die Thylakoidmembran bestehen aber aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden und bilden dadurch eine **Barriere für die geladenen Wasserstoffprotonen**.  Sie sind also im Thylakoidinnenraum „gefangen“ . Sie können nur durch ein Kanalprotein – die ATP-Synthase – zurück ins Stroma diffundieren , um den Konzentrations- und Ladungsunterschied auszugleichen. Daran ist die Synthese von ATP – der universellen „Energiewährung“ unserer Zellen – gekoppelt. Diesen Prozess kannst du auch als Chemiosmose bezeichnen.

Der Protonenrückstrom erzeugt Energie. Das kannst du dir wie bei einem Wasserkraftwerk vorstellen, bei dem Wasser hinter einer Staumauer angestaut wird. Dieser Rückstau wird verwendet, um die Turbinen zur Rotation zu bringen, um Strom zu generieren. Diese Turbine ist unserem Fall die ATP-Synthase. Sie koppelt die Diffusion der Protonen, wie ihr Name vermuten lässt, mit der Synthese von ATP aus ADP und einer Phosphatgruppe. Da in unserem Fall Lichtenergie zu diese Phosphorylierung führt, kannst du den Prozess auch als Photophosphorylierung bezeichnen.