6.12 : Primary Active Transport

בניגוד להובלה פסיבית, העברה אקטיבית כרוכה בחומר המועבר דרך ממברנות בכיוון כנגד ריכוזו או שיפוע אלקטרוכימי. ישנם שני סוגים של תחבורה פעילה: תחבורה פעילה ראשונית ותחבורה פעילה משנית. הובלה פעילה ראשונית משתמשת באנרגיה כימית מ-ATP כדי להניע משאבות חלבון המוטמעות בקרום התא. בעזרת אנרגיה מ-ATP, המשאבות מעבירות יונים כנגד השיפועים האלקטרוכימיים שלהן – כיוון שהן בדרך כלל לא היו נעות בו בדיפוזיה.

הקשר בין שיפועים ריכוזיים, חשמליים ואלקטרוכימיים

כדי להבין את הדינמיקה של תחבורה פעילה, חשוב להבין תחילה שיפועים חשמליים וריכוזיים. שיפוע ריכוז הוא הבדל בריכוז של חומר על פני קרום או חלל המניע תנועה מאזורים של ריכוז גבוה לאזורים של ריכוז נמוך. באופן דומה, שיפוע חשמלי הוא הכוח הנובע מההפרש בין הפוטנציאלים האלקטרוכימיים בכל צד של הממברנה המוביל לתנועת יונים על פני הממברנה עד שהמטענים דומים משני צידי הממברנה. שיפוע אלקטרוכימי נוצר כאשר הכוחות של שיפוע ריכוז כימי ושיפוע מטען חשמלי משולבים.

משאבת נתרן-אשלגן

טרנספורטר חשוב אחד האחראי על שמירה על השיפוע האלקטרוכימי בתאים הוא משאבת נתרן-אשלגן. פעילות ההובלה הפעילה העיקרית של המשאבה מתרחשת כאשר היא מכוונת כך שהיא משתרעת על פני הממברנה כאשר הצד החוץ-תאי שלה סגור, והאזור התוך-תאי שלה פתוח וקשור למולקולה של ATP. בקונפורמציה זו, לטרנספורטר יש זיקה גבוהה ליוני נתרן הנמצאים בדרך כלל בתא בריכוזים נמוכים, ושלושה מהיונים הללו נכנסים למשאבה ומתחברים אליה. קשירה כזו מאפשרת ל-ATP להעביר את אחת מקבוצות הפוספטים שלו לטרנספורטר, ולספק את האנרגיה הדרושה לסגירת הצד התוך-תאי של המשאבה ולפתיחת האזור החוץ-תאי.

השינוי בקונפורמציה מקטין את זיקתה של המשאבה ליוני נתרן – המשתחררים לחלל החוץ תאי – אך מגביר את זיקתה לאשלגן, ומאפשר לה לקשור שני יוני אשלגן הנמצאים בריכוז נמוך בסביבה החוץ תאית. לאחר מכן נסגר הצד החוץ-תאי של המשאבה, וקבוצת הפוספטים שמקורה ב-ATP על הטרנספורטר מתנתקת. זה מאפשר למולקולת ATP חדשה להתחבר לצד התוך-תאי של המשאבה, שנפתח ומאפשר ליוני האשלגן לצאת לתוך התא – להחזיר את הטרנספורטר לצורתו הראשונית ולהתחיל את המחזור מחדש.

בשל פעילות ההובלה הפעילה העיקרית של המשאבה, קיים חוסר איזון בפיזור היונים על פני הממברנה. יש יותר יוני אשלגן בתוך התא ויותר יוני נתרן מחוץ לתא. לכן, החלק הפנימי של התא שלילי יותר מאשר החיצוני. שיפוע אלקטרוכימי נוצר כתוצאה מחוסר איזון יונים. הכוח מהשיפוע האלקטרוכימי מניע את התגובות של הובלה פעילה משנית. הובלה פעילה משנית, הידועה גם בשם co-transport, מתרחשת כאשר חומר מועבר על פני ממברנה כתוצאה מהשיפוע האלקטרוכימי שנוצר על ידי הובלה פעילה ראשונית ללא צורך ב- ATP נוסף.