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5.11: 初级主动运输
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初级主动运输
 

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5.11: 初级主动运输

与被动输运相反,主动输运涉及到一种物质沿其浓度或电化学梯度的方向穿过膜。主动运输有两种类型:初级主动运输和二级主动运输。初级主动运输利用ATP的化学能来驱动细胞膜内的蛋白泵。利用ATP提供的能量,这些泵将离子输送到电化学梯度的方向,而这一方向通常不会通过扩散来实现。

浓度、电和电化学梯度之间的关系

要了解主动输运的动力学,首先要了解电场和浓度梯度。浓度梯度是物质在穿过膜或空间时的浓度差,它推动从高浓度区域向低浓度区域移动。类似地,电梯度是由膜两侧的电化学电位差引起的力,这种电位差导致离子在膜上移动,直到膜两侧的电荷相似为止。当化学浓度梯度和电荷梯度的力相结合时,就会产生电化学梯度。

钠钾泵

钠钾泵是维持细胞内电化学梯度的重要载体。泵的主要活性转运活动发生在当它被定向时,它横跨膜,其胞外侧封闭,其胞内区域打开并与ATP分子相关。在这种构象中,转运体对细胞中通常以低浓度存在的钠离子具有高亲和力,其中三种离子进入并附着在泵上。这种结合允许atp将其中一个磷酸基团转移到转运体上,提供关闭泵的细胞内侧和打开细胞外区域所需的能量。

构象的改变降低了泵对钠离子的亲和力,钠离子释放到细胞外空间,但增加了泵对钾的亲和力,使泵能够结合细胞外环境中低浓度的两个钾离子。然后,泵的细胞外侧关闭,转运体上ATP衍生的磷酸基团分离。这使得一个新的atp分子与泵的细胞内侧相关联,后者打开并允许钾离子进入细胞,使转运蛋白恢复到最初的形状,重新开始循环。

由于泵的主要活性转运活动,离子在膜上的分布不平衡。细胞内钾离子较多,细胞外钠离子较多。因此,细胞的内部比外部更负。离子不平衡会产生电化学梯度。电化学梯度产生的力推动了二次活性迁移反应。当一种物质在不需要额外ATP的情况下通过一级活性转运所建立的电化学梯度而通过膜转运时,就会发生二级活性转运,也就是co转运。


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