5.9: Trasporto attivo primario

A differenza del trasporto passivo, il trasporto attivo comporta lo spostamento di una sostanza attraverso le membrane in una direzione contraria alla sua concentrazione o al gradiente elettrochimico. Esistono due tipi di trasporto attivo: trasporto attivo primario e trasporto attivo secondario. Il trasporto attivo primario utilizza l'energia chimica dell'ATP per guidare pompe proteiche incorporate nella membrana cellulare. Con l'energia dell'ATP, le pompe trasportano gli ioni contro i loro gradienti elettrochimici, una direzione in cui normalmente non viaggerebbero per diffusione.

Relazione tra gradienti di concentrazione, elettrici ed elettrochimici

Per comprendere la dinamica del trasporto attivo, è importante prima comprendere i gradienti elettrici e di concentrazione. Un gradiente di concentrazione è una differenza nella concentrazione di una sostanza attraverso una membrana o uno spazio che guida il movimento da aree di alta concentrazione a aree di bassa concentrazione. Allo stesso modo, un gradiente elettrico è la forza risultante dalla differenza tra i potenziali elettrochimici su ogni lato della membrana che porta al movimento degli ioni attraverso la membrana fino a quando le cariche sono simili su entrambi i lati della membrana. Un gradiente elettrochimico viene creato quando le forze di un gradiente di concentrazione chimica e gradiente di carica elettrica sono combinate.

Pompa sodio-potassio

Un importante trasportatore responsabile del mantenimento del gradiente elettrochimico nelle cellule è la pompa sodio-potassio. L'attività di trasporto attiva primaria della pompa si verifica quando è orientata in modo tale che si estende lungo la membrana con il suo lato extracellulare chiuso, e la sua regione intracellulare aperta e associata a una molecola di ATP. In questa conformazione, il trasportatore ha un'alta affinità per gli ioni di sodio normalmente presenti nella cellula a basse concentrazioni, e tre di questi ioni entrano e si attaccano alla pompa. Tale legame consente all' ATP di trasferire uno dei suoi gruppi fosfato al trasportatore, fornendo l'energia necessaria per chiudere il lato intracellulare della pompa e aprire la regione extracellulare.

Il cambiamento di conformazione riduce l'affinità della pompa per gli ioni di sodio, che vengono rilasciati nello spazio extracellulare, ma aumenta la sua affinità per il potassio, permettendogli di legare due ioni di potassio presenti a bassa concentrazione nell'ambiente extracellulare. Il lato extracellulare della pompa si chiude quindi e il gruppo di fosfati derivato dall'ATP sui trasportatori si stacca. Ciò consente ad una nuova molecola ATP di associarsi al lato intracellulare della pompa, che si apre e consente agli ioni di potassio di uscire nella cella, riportando il trasportatore alla sua forma iniziale iniziando nuovamente il ciclo.

A causa dell'attività di trasporto attiva primaria della pompa, finisce per essere uno squilibrio nella distribuzione degli ioni attraverso la membrana. Ci sono più ioni di potassio all'interno della cellula e più ioni di sodio all'esterno della cellula. Pertanto, l'interno delle cellule finisce per essere più negativo rispetto all'esterno. Un gradiente elettrochimico viene generato come risultato dello squilibrio iostico. La forza dal gradiente elettrochimico spinge quindi le reazioni del trasporto attivo secondario. Il trasporto attivo secondario, noto anche come co-trasporto, si verifica quando una sostanza viene trasportata attraverso una membrana a causa del gradiente elettrochimico stabilito dal trasporto attivo primario senza richiedere ulteriori ATP.

- [Narratore] A differenza del trasporto passivo,

il trasporto attivo primario utilizza l'energia dell'ATP

per guidare la pompa proteica

integrata nella membrana cellulare

che trasporta ioni

contro il loro gradiente elettrochimico,

in una direzione che normalmente non seguirebbero

durante la diffusione.

Un trasportatore di questo tipo è la pompa sodio-potassio,

che inizialmente è orientata

in modo da attraversare la membrana

con la porzione extracellulare chiusa

e la regione intracellulare aperta

e legata a una molecola di ATP.

In questa conformazione,

il trasportatore ha alta affinità

per gli ioni sodio normalmente presenti nella cellula

e quindi tre di questi ioni entrano e si legano alla pompa.

Questo legame permette all'ATP di trasferire

uno dei suoi gruppi fosfato al trasportatore,

fornendo l'energia necessaria

per chiudere la porzione intracellulare della pompa

e aprire la regione extracellulare.

Questa nuova conformazione diminuisce

l'affinità della pompa per gli ioni sodio,

che vengono rilasciati nello spazio extracellulare,

ma aumenta l'affinità della pompa per il potassio,

permettendole di legare due di questi ioni

presenti nell'ambiente.

Il lato extracellulare della pompa si chiude

e il gruppo fosfato derivante dall'ATP

si stacca dal trasportatore.

Questo consente a una nuova molecola di ATP

di legarsi alla pompa dal lato intracellulare,

che così si apre e permette agli ioni potassio

di entrare nella cellula,

riportando il trasportatore alla configurazione iniziale

e facendo ricominciare il ciclo.