アクティブトランスポートとは

能動輸送とは、濃度または電気化学的勾配に逆らって生体膜を通過する溶質のポンピングです。 周囲の液体よりも高い濃度で細胞質内の小さな溶質を維持する細胞の能力は、細胞の生存に不可欠な要素です。 たとえば、多くの動物細胞は、周囲の濃度とは著しく異なるナトリウムとカリウムの濃度を維持しています。 能動輸送により、細胞は実行可能な溶質レベルを維持できるだけでなく、イオンを電気化学勾配全体に送り込むことができます。 このプロセスにより、膜に電圧が発生し、これを利用してセルラーワークに電力を供給できます。

アクティブなトランスポートを理解するには、最初にパッシブなトランスポートを理解する必要があります。 熱力学の第二法則によれば、追加のエネルギー入力なしでは、粒子は常に秩序状態から無秩序状態に移動します。 セルラートラフィックの場合、これは、小さな溶質が、高濃度のより秩序のある領域から低濃度のより秩序のない領域に自然に移動することを意味します。 これは、濃度勾配に沿った拡散として知られています。 受動輸送は、濃度勾配を下る膜を通る溶質の自然な動きです。

能動輸送中、細胞は溶質の自然拡散に対抗しなければなりません。 これを行うために、特殊な輸送タンパク質が細胞膜に埋め込まれています。 アデノシン三リン酸（ATP）輸送タンパク質により、特定の溶質を選択的に細胞内外に移動させます。 ATPがこの作業を促進する一般的な方法は、その末端リン酸基を輸送タンパク質に供与し、タンパク質分子の形状の変化を引き起こすことです。 立体構造の変化により、タンパク質は細胞外表面に結合した溶質を細胞内部に移動させ、それらを放出します。

このタイプの能動輸送タンパク質の例は、 ナトリウムカリウムポンプです。 ほとんどの動物細胞は、細胞外環境で見られる濃度よりも高いカリウム濃度と低いナトリウム濃度を保持しています。 ナトリウムイオンは正電荷を、カリウムイオンは負電荷を運ぶため、この不均衡は濃度勾配だけでなく電気化学的勾配も表します。 ナトリウム-カリウムポンプは、カリウムイオンを2個入れるごとに3個のナトリウムイオンをセルから移動させ、セル全体に正味の負電荷をもたらします。 細胞膜の各側の電荷の差により、電圧-膜電位-が生成され、これにより、細胞がバッテリーとして機能し、細胞の仕事に電力が供給されます。

前述のように、ほとんどの能動輸送は分子ATPによって駆動されます。 ただし、他の物質の拡散を利用して溶質が細胞内に移動することもあります。 拡散物質は、能動輸送によって以前に作成された勾配に沿ってセルに移動するため、他の溶質がそれらに結合し、同時に膜を通過できます。 二次輸送または共 輸送として知られている、これはショ糖を植物細胞に移動させ、カルシウムとグルコースを動物細胞に移動させる膜輸送の形態です。