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5.11: Transporte activo primario
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Primary Active Transport
 
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TRANSCRIPCIÓN

5.11: Primary Active Transport

5.11: Transporte activo primario

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.

A diferencia del transporte pasivo, el transporte activo implica que una sustancia se mueva a través de membranas en una dirección contra su concentración o gradiente electroquímico. Hay dos tipos de transporte activo: transporte activo primario y transporte activo secundario. El transporte activo primario utiliza energía química de ATP para impulsar bombas de proteínas que están incrustadas en la membrana celular. Con la energía de ATP, las bombas transportan iones contra sus gradientes electroquímicos, una dirección en la que normalmente no viajarían por difusión.

Relación entre Degradados De Concentración, Eléctricos y Electroquímicos

Para entender la dinámica del transporte activo, es importante entender primero los gradientes eléctricos y de concentración. Un gradiente de concentración es una diferencia en la concentración de una sustancia a través de una membrana o espacio que impulsa el movimiento de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. Del mismo modo, un gradiente eléctrico es la fuerza resultante de la diferencia entre los potenciales electroquímicos a cada lado de la membrana que conduce al movimiento de iones a través de la membrana hasta que las cargas son similares en ambos lados de la membrana. Se crea un gradiente electroquímico cuando se combinan las fuerzas de un gradiente de concentración química y un gradiente de carga eléctrica.

Bomba de sodio-potasio

Un transportador importante responsable de mantener el gradiente electroquímico en las células es la bomba de sodio-potasio. La principal actividad de transporte activo de la bomba se produce cuando está orientada de tal manera que abarca la membrana con su lado extracelular cerrado, y su región intracelular abierta y asociada con una molécula de ATP. En esta conformación, el transportador tiene una alta afinidad por los iones de sodio normalmente presentes en la célula en bajas concentraciones, y tres de estos iones entran y se unen a la bomba. Dicha unión permite a ATP transferir uno de sus grupos de fosfato al transportador, proporcionando la energía necesaria para cerrar el lado intracelular de la bomba y abrir la región extracelular.

El cambio en la conformación disminuye la afinidad de la bomba por los iones de sodio, que se liberan en el espacio extracelular, pero aumenta su afinidad por el potasio, lo que le permite unir dos iones de potasio presentes en baja concentración en el ambiente extracelular. El lado extracelular de la bomba se cierra entonces, y el grupo de fosfato derivado de ATP en el transportador se separa. Esto permite que una nueva molécula ATP se asocie con el lado intracelular de la bomba, que se abre y permite que los iones de potasio salgan a la célula, devolviendo el transportador a su forma inicial comenzando el ciclo de nuevo.

Debido a la actividad de transporte activo principal de la bomba, termina siendo un desequilibrio en la distribución de iones a través de la membrana. Hay más iones de potasio dentro de la célula y más iones de sodio fuera de la célula. Por lo tanto, el interior de las células termina siendo más negativo que el exterior. Se genera un gradiente electroquímico como resultado del desequilibrio iónico. La fuerza del gradiente electroquímico entonces impulsa las reacciones del transporte activo secundario. El transporte activo secundario, también conocido como co-transporte, se produce cuando una sustancia se transporta a través de una membrana como resultado del gradiente electroquímico establecido por el transporte activo primario sin necesidad de ATP adicional.


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