与被动运输相反，主动运输涉及物质沿与其浓度或电化学梯度相反的方向穿过膜。有两种类型的主动传输:主要主动传输和辅助主动传输。初级主动运输利用来自 ATP 的化学能来驱动嵌入细胞膜中的蛋白质泵。利用来自 ATP 的能量，泵逆着它们的电化学梯度输送离子——这是它们通常不会通过扩散传播的方向。

浓度梯度、电学梯度和电化学梯度之间的关系

要了解主动运输的动力学，首先要了解电梯度和浓度梯度是很重要的。浓度梯度是物质在膜或空间中的浓度差异，它驱动从高浓度区域移动到低浓度区域。同样，电梯度是由膜两侧的电化学电位差产生的力，它导致离子穿过膜，直到膜两侧的电荷相似。当化学浓度梯度和电荷梯度的力相结合时，会产生电化学梯度。

钠钾泵

负责维持细胞中电化学梯度的一个重要转运蛋白是钠钾泵。泵的主要主动运输活动发生在它的方向使其跨越膜时，其细胞外侧关闭，其细胞内区域打开并与 ATP 分子相关。在这种构象中，转运蛋白对细胞中通常存在的低浓度钠离子具有高亲和力，其中三个离子进入并附着在泵上。这种结合允许 ATP 将其磷酸基团之一转移到转运蛋白，提供关闭泵的细胞内侧和打开细胞外区域所需的能量。

构象的变化降低了泵对钠离子（释放到细胞外空间）的亲和力，但增加了它对钾的亲和力，使其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，转运蛋白上 ATP 衍生的磷酸基团分离。这使得新的 ATP 分子能够与泵的细胞内侧结合，该侧打开并允许钾离子流出到细胞中——将转运蛋白恢复到其初始形状，再次开始循环。

由于泵的主要主动运输活动，离子在膜上的分布不平衡。细胞内有更多的钾离子，而细胞外有更多的钠离子。因此，细胞内部比外部更负。离子不平衡会产生电化学梯度。然后，来自电化学梯度的力推动次级主动传输的反应。次级主动转运，也称为共转运，当物质由于初级主动转运建立的电化学梯度而跨膜转运而不需要额外的 ATP 时，就会发生。