Primair Actief Transport

In tegenstelling tot passief transport houdt actief transport in dat een stof door membranen wordt bewogen tegen zijn concentratie of elektrochemische gradiënt in. Er zijn twee soorten actief transport: primair actief transport en secundair actief transport. Primair actief transport maakt gebruik van chemische energie van ATP om eiwitpompen aan te drijven die in het celmembraan zijn ingebed. Met behulp van de energie van ATP transporteren de pompen ionen tegen hun elektrochemische gradiënten in – een richting die ze normaal niet zouden afleggen door diffusie.

Verband tussen concentratie, elektrische en elektrochemische gradiënten

Om de dynamiek van actief transport te begrijpen, is het belangrijk om eerst de elektrische en concentratiegradiënten te begrijpen. Een concentratiegradiënt is een verschil in de concentratie van een stof over een membraan of ruimte die beweging van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie drijft. Evenzo is een elektrische gradiënt de kracht die ontstaat door het verschil tussen elektrochemische potentialen aan elke kant van het membraan. Hierdoor worden ionen over het membraan bewogen totdat de ladingen aan beide kanten van het membraan gelijk zijn. Een elektrochemische gradiënt ontstaat wanneer de krachten van een chemische concentratiegradiënt en elektrische ladingsgradiënt worden gecombineerd.

Natrium-kaliumpomp

De natrium-kaliumpomp is een enzym dat door middel van actief transport natrium-ionen de cel uit pompt, en kalium-ionen de cel in. Beide ionen worden tegen hun elektrochemische gradiënt in gepompt en vereisen daarom ATP. Het ATP-molecuul bindt aan de pomp en staat een forfaatgroep af, waardoor de pomp van conformatie verandert. In deze conformatie heeft de transporter een hoge affiniteit voor natriumionen die normaal in lage concentraties in de cel aanwezig zijn. De pomp vervoert drie natriumionen per keer.

De conformatieverandering verlaagt de affiniteit van de pomp voor natriumionen, waardoor natriumionen vrijkomen in de extracellulaire ruimte. Op hetzelfde moment wordt de affiniteit voor kalium, verhoogd, waardoor twee kaliumionen gebonden kunnen worden die in lage concentratie aanwezig zijn in de extracellulaire omgeving. De extracellulaire kant van de pomp sluit, de intracellulaire kant opent en laat de kaliumionen vrij, en de fosfaatgroep die afkomstig is van ATP komt los, zodat de pomp terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm en de cyclus opnieuw kan beginnen.

Vanwege de primaire actieve transportactiviteit van de pomp, ontstaat er een onbalans in de verdeling van ionen over het membraan. Er zijn meer kaliumionen in de cel en meer natriumionen buiten de cel. Daarom heeft de binnenkant van de cel een negatiever lading dan de buitenkant. Door ionenonbalans ontstaat een elektrochemische gradiënt. De kracht van het elektrochemische gradiënt drijft vervolgens de reacties van secundair actief transport aan. Secundair actief transport, ook wel co-transport genoemd, vindt plaats wanneer een stof over een membraan wordt getransporteerd als gevolg van de elektrochemische gradiënt dat ontstaan is door primair actief transport en zelf geen extra ATP nodig heeft.