6.12 : Primary Active Transport

Pasif taşımanın aksine, aktif taşıma, bir maddenin zarlardan konsantrasyonuna veya elektrokimyasal gradyanına karşı bir yönde hareket ettirilmesini içerir. İki tür aktif taşıma vardır: birincil aktif taşıma ve ikincil aktif taşıma. Birincil aktif taşıma, hücre zarına gömülü protein pompalarını çalıştırmak için ATP'den gelen kimyasal enerjiyi kullanır. ATP'den gelen enerji ile pompalar, iyonları elektrokimyasal gradyanlarına karşı taşır - normalde difüzyonla hareket etmeyecekleri bir yön.

Konsantrasyon, Elektriksel ve Elektrokimyasal Gradyanlar Arasındaki İlişki

Aktif taşımanın dinamiklerini anlamak için önce elektrik ve konsantrasyon gradyanlarını anlamak önemlidir. Konsantrasyon gradyanı, yüksek konsantrasyonlu alanlardan düşük konsantrasyonlu alanlara hareketi yönlendiren bir zar veya boşluk boyunca bir maddenin konsantrasyonundaki bir farktır. Benzer şekilde, bir elektriksel gradyan, zarın her iki tarafındaki elektrokimyasal potansiyeller arasındaki farktan kaynaklanan ve zarın her iki tarafındaki yükler benzer olana kadar iyonların zar boyunca hareketine yol açan kuvvettir. Bir kimyasal konsantrasyon gradyanı ve elektrik yükü gradyanının kuvvetleri birleştirildiğinde bir elektrokimyasal gradyan oluşturulur.

Sodyum-Potasyum Pompası

Hücrelerdeki elektrokimyasal gradyanı korumaktan sorumlu önemli bir taşıyıcı, sodyum-potasyum pompasıdır. Pompanın birincil aktif taşıma aktivitesi, hücre dışı tarafı kapalı ve hücre içi bölgesi açık ve bir ATP molekülü ile ilişkili olarak zarı kaplayacak şekilde yönlendirildiğinde meydana gelir. Bu konformasyonda, taşıyıcı, normalde hücrede düşük konsantrasyonlarda bulunan sodyum iyonları için yüksek bir afiniteye sahiptir ve bu iyonlardan üçü pompaya girer ve pompaya bağlanır. Bu tür bir bağlanma, ATP'nin fosfat gruplarından birini taşıyıcıya aktarmasına izin vererek, pompanın hücre içi tarafını kapatmak ve hücre dışı bölgeyi açmak için gereken enerjiyi sağlar.

Konformasyondaki değişiklik, pompanın hücre dışı boşluğa salınan sodyum iyonlarına olan afinitesini azaltır, ancak potasyum için afinitesini arttırır ve hücre dışı ortamda düşük konsantrasyonda bulunan iki potasyum iyonunu bağlamasına izin verir. Pompanın hücre dışı tarafı daha sonra kapanır ve taşıyıcı üzerindeki ATP'den türetilen fosfat grubu ayrılır. Bu, yeni bir ATP molekülünün, potasyum iyonlarının hücreye girmesine izin veren ve açılmasına izin veren pompanın hücre içi tarafı ile birleşmesini sağlar - taşıyıcıyı döngüyü yeniden başlatan ilk şekline geri döndürür.

Pompanın birincil aktif taşıma faaliyeti nedeniyle, iyonların zar boyunca dağılımında bir dengesizlik vardır. Hücre içinde daha fazla potasyum iyonu ve hücre dışında daha fazla sodyum iyonu vardır. Bu nedenle, hücrenin içi dışarıdan daha negatiftir. İyon dengesizliğinin bir sonucu olarak bir elektrokimyasal gradyan üretilir. Elektrokimyasal gradyandan gelen kuvvet daha sonra ikincil aktif taşımanın reaksiyonlarını iter. Birlikte taşıma olarak da bilinen ikincil aktif taşıma, ek ATP gerektirmeden birincil aktif taşıma tarafından oluşturulan elektrokimyasal gradyanın bir sonucu olarak bir madde bir zar boyunca taşındığında meydana gelir.