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Als Protonenpumpe werden in der Biochemie und Physiologie allgemein Transmembranproteine bezeichnet, die Protonen über eine biologische Membran gegen einen elektrochemischen Gradienten transportieren. Es handelt sich um eine große und uneinheitliche Gruppe von Proteinen. Man unterscheidet grob zwischen dem alleinigen Transport von Protonen nach außen und dem Antiport, wo die Protonen nur eine Hälfte der transportierten Teilchen ausmachen.
Im alltäglichen Sprachgebrauch ist mit Protonenpumpe die Protonen-Kalium-Pumpe in Magenzellen gemeint.