Vad är aktiv transport?

Aktiv transport är pumpning av lösta ämnen över ett biologiskt membran, mot deras koncentration eller elektrokemiska gradient. Cellens förmåga att upprätthålla små lösta ämnen i cytoplasma vid högre koncentrationer än den omgivande vätskan är en väsentlig faktor för cellöverlevnad. Många djurceller upprätthåller till exempel koncentrationer av natrium och kalium som är väsentligt annorlunda än omgivningen. Aktiv transport möjliggör för celler att inte bara upprätthålla livskraftiga lösta nivåer utan också pumpa joner över en elektrokemisk gradient. Denna process skapar en spänning över membranet som kan tappas för att driva cellulärt arbete.

För att förstå aktiv transport måste man först förstå passiv transport . Enligt den andra termodynamiklagen kommer partiklar utan extra energiinmatning alltid att flytta från ett tillstånd till ett tillstånd av störning. När det gäller celltrafik betyder detta att små lösta ämnen naturligtvis kommer att flytta från mer ordnade områden med hög koncentration till de mindre ordnade regionerna med låg koncentration. Detta kallas diffusion ner en koncentrationsgradient . Passiv transport är den naturliga rörelsen av lösta ämnen över ett membran ner i koncentrationsgradienten.

Under aktiv transport måste cellen arbeta mot den naturliga diffusionen av lösta ämnen. För att göra detta inbäddas specialiserade transportproteiner i cellmembranet. Drivs av adenosintrifosfat (ATP,) transporterar proteiner selektivt specifika lösta ämnen in i eller ut ur cellen. Ett vanligt sätt ATP driver detta arbete är att donera sin terminala fosfatgrupp till transportproteinet, vilket utlöser en formändring i proteinmolekylen. Den konformationella förändringen får proteinet att flytta lösta ämnen som har bundit till dess extracellulära yta till cellerna inuti och frigör dem.

Ett exempel på denna typ av aktivt transportprotein är natrium-kaliumpumpen . De flesta djurceller har en högre kaliumkoncentration och en lägre natriumkoncentration än vad som finns i den extracellulära miljön. Eftersom natriumjoner har en positiv laddning och kaliumjoner har en negativ laddning representerar denna obalans inte bara en koncentrationsgradient, utan också en elektrokemisk gradient. Natrium-kaliumpumpar förflyttar tre natriumjoner ur cellen för varje två kaliumjoner som de för in i den, vilket resulterar i en negativ nettoladdning på cellen som helhet. Skillnaden i laddningar på varje sida av det cellulära membranet skapar en spänning - membranpotentialen - som gör att cellen kan fungera som ett batteri och driva cellulärt arbete.

Som nämnts drivs mest aktiv transport av molekylen ATP. Ibland kan emellertid ett löst ämne flytta in i en cell genom att dra fördel av diffusionen av andra ämnen. När diffusa ämnen rör sig in i cellen längs en gradient som tidigare har skapats genom aktiv transport, kan andra lösta ämnen binda till dem och korsa membranet samtidigt. Känd som sekundärtransport eller samtransport , detta är den form av membrantrafik som ansvarar för att flytta sackaros in i växtceller, liksom att flytta kalcium och glukos till djurceller.