على عكس النقل السلبي ، ينطوي النقل النشط على نقل مادة عبر الأغشية في اتجاه عكس تركيزها أو تدرجها الكهروكيميائي. هناك نوعان من النقل النشط: النقل النشط الأولي والنقل النشط الثانوي. يستخدم النقل النشط الأولي الطاقة الكيميائية من ATP لتشغيل مضخات البروتين المضمنة في غشاء الخلية. مع الطاقة من ATP ، تنقل المضخات الأيونات مقابل تدرجاتها الكهروكيميائية - وهو اتجاه لا تسافر عادة عن طريق الانتشار.

العلاقة بين التدرجات المركزية والكهربائية والكهروكيميائية

لفهم ديناميكيات النقل النشط ، من المهم أولا فهم التدرجات الكهربائية والتركيز. تدرج التركيز هو اختلاف في تركيز مادة عبر غشاء أو مساحة تدفع الحركة من المناطق ذات التركيز العالي إلى المناطق ذات التركيز المنخفض. وبالمثل ، فإن التدرج الكهربائي هو القوة الناتجة عن الاختلاف بين الإمكانات الكهروكيميائية على كل جانب من الغشاء مما يؤدي إلى حركة الأيونات عبر الغشاء حتى تصبح الشحنات متشابهة على جانبي الغشاء. يتم إنشاء التدرج الكهروكيميائي عند الجمع بين قوى تدرج التركيز الكيميائي وتدرج الشحنة الكهربائية.

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

أحد الناقلات المهمة المسؤولة عن الحفاظ على التدرج الكهروكيميائي في الخلايا هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. يحدث نشاط النقل النشط الأساسي للمضخة عندما يتم توجيهها بحيث تمتد على الغشاء مع إغلاق جانبه خارج الخلية ، ومنطقته داخل الخلايا مفتوحة وترتبط بجزيء ATP. في هذا التشكل ، يكون للناقل تقارب كبير مع أيونات الصوديوم الموجودة عادة في الخلية بتركيزات منخفضة ، وتدخل ثلاثة من هذه الأيونات في المضخة وترتبط بها. يسمح هذا الارتباط ل ATP بنقل إحدى مجموعات الفوسفات الخاصة به إلى الناقل ، مما يوفر الطاقة اللازمة لإغلاق الجانب داخل الخلايا للمضخة وفتح المنطقة خارج الخلية.

يقلل التغيير في التشكل من تقارب المضخة مع أيونات الصوديوم - التي يتم إطلاقها في الفضاء خارج الخلية - ولكنه يزيد من تقاربها مع البوتاسيوم ، مما يسمح لها بربط اثنين من أيونات البوتاسيوم الموجودة بتركيز منخفض في البيئة خارج الخلية. ثم يغلق الجانب خارج الخلية من المضخة ، وتنفصل مجموعة الفوسفات المشتقة من ATP على الناقل. يتيح ذلك لجزيء ATP جديد الارتباط بالجانب داخل الخلايا للمضخة ، والذي يفتح ويسمح لأيونات البوتاسيوم بالخروج إلى الخلية - مما يعيد الناقل إلى شكله الأولي لبدء الدورة مرة أخرى.

نظرا لنشاط النقل النشط الأساسي للمضخة ، هناك خلل في توزيع الأيونات عبر الغشاء. يوجد المزيد من أيونات البوتاسيوم داخل الخلية والمزيد من أيونات الصوديوم خارج الخلية. لذلك ، فإن الجزء الداخلي من الخلية أكثر سلبية من الخارج. يتم إنشاء تدرج كهروكيميائي نتيجة لاختلال التوازن الأيوني. ثم تدفع القوة الناتجة عن التدرج الكهروكيميائي تفاعلات النقل النشط الثانوي. يحدث النقل النشط الثانوي ، المعروف أيضا باسم النقل المشترك ، عندما يتم نقل مادة عبر غشاء نتيجة التدرج الكهروكيميائي الذي تم إنشاؤه بواسطة النقل النشط الأولي دون الحاجة إلى ATP إضافي.