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

Relación entre gradientes de concentración, eléctricos y electroquímicos

Para comprender la dinámica del transporte activo, es importante comprender 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. De manera similar, 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 sean similares en ambos lados de la membrana. Un gradiente electroquímico se crea 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 ocurre cuando está orientada de tal manera que atraviesa 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 adhieren a la bomba. Dicha unión permite que el ATP transfiera uno de sus grupos 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 unirse a dos iones de potasio presentes en baja concentración en el entorno extracelular. Luego, el lado extracelular de la bomba se cierra y el grupo de fosfato derivado de ATP en el transportador se separa. Esto permite que una nueva molécula de 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 nuevamente.

Debido a la actividad de transporte activo principal de la bomba, existe 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 la célula es más negativo que el exterior. Se genera un gradiente electroquímico como resultado del desequilibrio iónico. La fuerza del gradiente electroquímico impulsa entonces las reacciones de transporte activo secundario. El transporte activo secundario, también conocido como cotransporte, ocurre cuando una sustancia es transportada a través de una membrana como resultado del gradiente electroquímico establecido por el transporte activo primario sin requerir ATP adicional.