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5.11: 기본 활성 운송
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Biology

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Education
Primary Active Transport
 
전사물

5.11: Primary Active Transport

5.11: 기본 활성 운송

In contrast to passive transport, active transport involves a substance being moved through membranes in a direction against its concentration or electrochemical gradient. There are two types of active transport: primary active transport and secondary active transport. Primary active transport utilizes chemical energy from ATP to drive protein pumps that are embedded in the cell membrane. With energy from ATP, the pumps transport ions against their electrochemical gradients—a direction they would not normally travel by diffusion.

Relationship between Concentration, Electrical, and Electrochemical Gradients

To understand the dynamics of active transport, it is important to first understand electrical and concentration gradients. A concentration gradient is a difference in the concentration of a substance across a membrane or space that drives movement from areas of high concentration to areas of low concentration. Similarly, an electrical gradient is the force resulting from the difference between electrochemical potentials on each side of the membrane that leads to the movement of ions across the membrane until the charges are similar on both sides of the membrane. An electrochemical gradient is created when the forces of a chemical concentration gradient and electrical charge gradient are combined.

Sodium-Potassium Pump

One important transporter responsible for maintaining the electrochemical gradient in cells is the sodium-potassium pump. The primary active transport activity of the pump occurs when it is oriented such that it spans the membrane with its extracellular side closed, and its intracellular region open and associated with a molecule of ATP. In this conformation, the transporter has a high affinity for sodium ions normally present in the cell in low concentrations, and three of these ions enter into and attach to the pump. Such binding allows ATP to transfer one of its phosphate groups to the transporter, providing the energy needed to close the pump’s intracellular side and open the extracellular region.

The change in conformation decreases the pump’s affinity for sodium ions—which are released into the extracellular space—but increases its affinity for potassium, allowing it to bind two potassium ions present in low concentration in the extracellular environment. The extracellular side of the pump then closes, and the ATP-derived phosphate group on the transporter detaches. This enables a new ATP molecule to associate with the pump’s intracellular side, which opens and allows the potassium ions to exit into the cell—returning the transporter to its initial shape beginning the cycle again.

Due to the pump’s primary active transport activity, there ends up being an imbalance in the distribution of ions across the membrane. There are more potassium ions inside the cell and more sodium ions outside the cell. Therefore, the inside of the cells ends up being more negative than the outside. An electrochemical gradient is generated as a result of the ion imbalance. The force from the electrochemical gradient then propels the reactions of secondary active transport. Secondary active transport, also known as co-transport, occurs when a substance is transported across a membrane as a result of the electrochemical gradient established by primary active transport without requiring additional ATP.

수동 운송과는 달리, 활성 수송은 농도 또는 전기 화학 적 그라데이션에 대한 방향으로 멤브레인을 통해 이동하는 물질을 포함한다. 활성 전송에는 기본 활성 전송 및 보조 활성 전송의 두 가지 유형이 있습니다. 1차 활성 수송은 ATP의 화학 에너지를 활용하여 세포막에 내장된 단백질 펌프를 구동합니다. ATP의 에너지로 펌프는 전기 화학 적 그라데이션에 대해 이온을 운반합니다 .

농도, 전기 및 전기 화학 적 그라데이션 사이의 관계

활성 전송의 역학을 이해하려면 먼저 전기 및 농도 그라데이션을 이해하는 것이 중요합니다. 농도 그라데이션은 고농도 영역에서 저농도 영역으로의 이동을 유도하는 멤브레인 또는 공간을 가로지르는 물질의 농도차이이다. 유사하게, 전기 그라데이션은 멤브레인의 양쪽에 전기화학적 전위사이의 차이로 인한 힘이멤브레인의 양쪽에서 전하가 유사할 때까지 멤브레인을 가로지르는 이온의 이동으로 이어진다. 전기화학적 그라데이션은 화학 농도 그라데이션과 전하 그라데이션의 힘이 결합될 때 생성됩니다.

나트륨 칼륨 펌프

세포의 전기화학적 그라데이션을 유지하는 중요한 수송기 중 하나는 나트륨 칼륨 펌프입니다. 펌프의 1차 활성 수송 활동은 세포외 측이 닫힌 멤브레인에 걸쳐, ATP의 분자와 연결된 세포내 영역이 개방되고 연관될 때 발생합니다. 이러한 형태에서, 수송기는 일반적으로 낮은 농도의 세포에 존재하는 나트륨 이온에 대한 높은 친화력을 가지고 있으며, 이들 이온의 세 가지가 펌프에 입력하고 부착한다. 이러한 결합을 통해 ATP는 인산염 그룹 중 하나를 수송기로 이송할 수 있으므로 펌프의 세포내 측면을 닫고 세포외 영역을 여는 데 필요한 에너지를 제공합니다.

형태 형성의 변화는 세포외 공간으로 방출되는 나트륨 이온에 대한 펌프의 선호도를 감소시킵니다 -하지만 칼륨에 대한 선호도를 증가시켜 세포 외 환경에서 낮은 농도로 존재하는 두 개의 칼륨 이온을 결합할 수 있게 합니다. 펌프의 세포외 측이 닫히면 수송기 분리에 ATP 유래 인산염 그룹이 분리됩니다. 이를 통해 새로운 ATP 분자가 펌프의 세포내 측과 연결되어 이온칼륨이 세포로 빠져나와 수송기를 다시 사이클을 시작하는 초기 형상으로 되돌릴 수 있습니다.

펌프의 주요 활성 운송 활동으로 인해 멤브레인을 가로 질러 이온 분포가 불균형하게됩니다. 세포 내부에 더 많은 칼륨 이온이 있고 세포 외부에 더 많은 나트륨 이온이 있습니다. 따라서, 세포의 내부는 외부보다 더 부정적인 것으로 끝납니다. 전기화학적 그라데이션은 이온 불균형의 결과로 생성됩니다. 전기 화학 적 그라데이션에서 힘은 다음 이차 활성 전송의 반응을 추진한다. 공동 수송이라고도 하는 이차 활성 수송은 추가 ATP 없이 1차 활성 수송에 의해 확립된 전기화학적 그라데이션의 결과로 물질이 멤브레인을 가로질러 수송될 때 발생합니다.


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