수동 수송과 대조적으로, 능동 수송은 물질이 농도 또는 전기화학적 구배에 반하는 방향으로 멤브레인을 통해 이동하는 것을 포함합니다. 능동 수송에는 1차 능동 수송과 2차 능동 수송의 두 가지 유형이 있습니다. 1차 능동 수송은 ATP의 화학 에너지를 활용하여 세포막에 내장된 단백질 펌프를 구동합니다. ATP의 에너지로 펌프는 전기화학적 구배(일반적으로 확산을 통해 이동하지 않는 방향)를 거슬러 이온을 운반합니다.

농도, 전기 및 전기화학적 구배 간의 관계

능동 수송의 역학을 이해하려면 먼저 전기 및 농도 구배를 이해하는 것이 중요합니다. 농도 구배(concentration gradient)는 막이나 공간을 가로지르는 물질의 농도 차이로, 농도가 높은 영역에서 농도가 낮은 영역으로의 이동을 유도합니다. 유사하게, 전기 구배는 막의 양쪽에서 전하가 비슷해질 때까지 막을 가로질러 이온의 이동을 유도하는 막의 각 측면에 있는 전기화학적 전위 간의 차이로 인해 발생하는 힘입니다. 전기화학적 구배는 화학적 농도 구배와 전하 구배의 힘이 결합될 때 생성됩니다.

나트륨-칼륨 펌프

세포의 전기화학적 구배를 유지하는 중요한 운반체 중 하나는 나트륨-칼륨 펌프입니다. 펌프의 주요 능동 수송 활동은 세포외측이 닫히고 세포내 영역이 열려 ATP 분자와 연관된 멤브레인에 걸쳐 있는 방향으로 배치될 때 발생합니다. 이 형태에서 수송체는 일반적으로 낮은 농도로 세포에 존재하는 나트륨 이온에 대해 높은 친화력을 가지며 이러한 이온 중 3개가 펌프로 들어가 부착됩니다. 이러한 결합을 통해 ATP는 인산기 중 하나를 수송체로 전달하여 펌프의 세포 내 측면을 닫고 세포 외 영역을 여는 데 필요한 에너지를 제공할

수 있습니다.

이러한 형태의 변화는 세포 외 공간으로 방출되는 나트륨 이온에 대한 펌프의 친화력을 감소시키지만 칼륨에 대한 친화력은 증가시켜 세포 외 환경에서 낮은 농도로 존재하는 두 개의 칼륨 이온과 결합할 수 있도록 합니다. 그런 다음 펌프의 세포외 측이 닫히고 수송체의 ATP 유래 인산기가 분리됩니다. 이를 통해 새로운 ATP 분자가 펌프의 세포 내 측과 결합할 수 있으며, 이 측이 열리고 칼륨 이온이 세포로 빠져나갈 수 있도록 하여 수송체를 초기 형태로 되돌려 주기를 다시 시작합니다.

펌프의 주요 활성 수송 활동으로 인해 멤브레인을 가로지르는 이온 분포에 불균형이 있습니다. 세포 내부에는 더 많은 칼륨 이온이 있고 세포 밖에는 더 많은 나트륨 이온이 있습니다. 따라서 세포의 내부는 외부보다 더 음수입니다. 전기화학적 구배는 이온 불균형의 결과로 생성됩니다. 그런 다음 전기화학적 구배의 힘은 2차 능동 수송의 반응을 추진합니다. 공동 수송(co-transport)이라고도 하는 2차 능동 수송(secondary active transport)은 추가 ATP를 필요로 하지 않고 1차 능동 수송에 의해 확립된 전기화학적 구배의 결과로 물질이 막을 가로질러 수송될 때 발생합니다.