5.11: Podstawowy transport aktywny

Primary Active Transport
JoVE Core
Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Biology
Primary Active Transport
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

172,111 Views

01:47 min
March 11, 2019

W przeciwieństwie do transportu pasywnego, transport aktywny polega na przemieszczaniu substancji przez membrany w kierunku przeciwnym do jej stężenia lub gradientu elektrochemicznego. Istnieją dwa rodzaje transportu aktywnego: pierwotny transport aktywny i wtórny transport aktywny. Pierwotny transport aktywny wykorzystuje energię chemiczną z ATP do napędzania pomp białkowych, które są osadzone w błonie komórkowej. Dzięki energii z ATP pompy transportują jony w kierunku przeciwnym do ich gradientów elektrochemicznych – kierunku, w którym normalnie nie poruszałyby się przez dyfuzję.

Związek między gradientami stężenia, elektrycznymi i elektrochemicznymi

Aby zrozumieć dynamikę transportu aktywnego, ważne jest, aby najpierw zrozumieć gradienty elektryczne i stężenia. Gradient stężeń to różnica w stężeniu substancji na membranie lub przestrzeni, która napędza ruch z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu. Podobnie gradient elektryczny to siła wynikająca z różnicy potencjałów elektrochemicznych po każdej stronie membrany, która prowadzi do ruchu jonów przez membranę, aż ładunki będą podobne po obu stronach membrany. Gradient elektrochemiczny powstaje, gdy siły gradientu stężenia chemicznego i gradientu ładunku elektrycznego są połączone.

Pompa sodowo-potasowa

Jednym z ważnych transporterów odpowiedzialnych za utrzymanie gradientu elektrochemicznego w komórkach jest pompa sodowo-potasowa. Pierwotna aktywna aktywność transportowa pompy występuje, gdy jest ona zorientowana w taki sposób, że obejmuje błonę z zamkniętą stroną zewnątrzkomórkową, a jej obszar wewnątrzkomórkowy otwarty i związany z cząsteczką ATP. W tej konformacji transporter ma wysokie powinowactwo do jonów sodu normalnie obecnych w komórce w niskich stężeniach, a trzy z tych jonów wchodzą do pompy i przyłączają się do niej. Takie wiązanie pozwala ATP na przeniesienie jednej ze swoich grup fosforanowych do transportera, dostarczając energię potrzebną do zamknięcia wewnątrzkomórkowej strony pompy i otwarcia obszaru zewnątrzkomórkowego.

Zmiana konformacji zmniejsza powinowactwo pompy do jonów sodu – które są uwalniane do przestrzeni zewnątrzkomórkowej – ale zwiększa jej powinowactwo do potasu, umożliwiając wiązanie dwóch jonów potasu obecnych w niskim stężeniu w środowisku zewnątrzkomórkowym. Następnie zewnątrzkomórkowa strona pompy zamyka się, a grupa fosforanowa pochodząca z ATP na transporterze odłącza się. Umożliwia to nowej cząsteczce ATP powiązanie się z wewnątrzkomórkową stroną pompy, która otwiera się i umożliwia jonom potasu wyjście do komórki – przywracając transporter do pierwotnego kształtu, rozpoczynając cykl od nowa.

Ze względu na pierwotną aktywną aktywność transportową pompy, dochodzi do braku równowagi w dystrybucji jonów przez membranę. Wewnątrz komórki znajduje się więcej jonów potasu, a na zewnątrz komórki więcej jonów sodu. Dlatego wnętrze komórek jest bardziej negatywne niż na zewnątrz. W wyniku nierównowagi jonowej powstaje gradient elektrochemiczny. Siła wynikająca z gradientu elektrochemicznego napędza następnie reakcje wtórnego transportu aktywnego. Wtórny transport aktywny, znany również jako kotransport, występuje, gdy substancja jest transportowana przez membranę w wyniku gradientu elektrochemicznego ustanowionego przez pierwotny transport aktywny bez konieczności dodatkowego ATP.