5.11: Birincil Aktif Ulaşım
Pasif taşımanın aksine, aktif taşıma, bir maddenin membranlar boyunca konsantrasyonunun veya elektrokimyasal gradyanının tersi yönde hareket etmesini 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 kimyasal enerjiyi kullanır. Pompalar, ATP’den gelen enerjiyle, iyonları elektrokimyasal gradyanlarına karşı —normalde difüzyonla gitmeyecekleri bir yönde— taşırlar.
Konsantrasyon, Elektrik ve Elektrokimyasal Gradyanlar arasındaki İlişki
Aktif taşımacılığın 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 elektrik gradyanı, zarın her iki tarafında da yükler benzer olana kadar zar boyunca iyonların hareketine yol açan, zarın her iki tarafındaki elektrokimyasal potansiyeller arasındaki farktan kaynaklanan bir kuvvettir. Bir kimyasal konsantrasyon gradyanı ile 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 bağlantılı olarak zarı kaplayacak şekilde yönlendirildiğinde meydana gelir. Bu konformasyonda, taşıyıcı normal olarak hücrede düşük konsantrasyonlarda bulunan sodyum iyonlarına karşı yüksek bir afiniteye sahiptir ve bu iyonlardan üçü pompaya girer ve 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 sodyum iyonları için afinitesini azaltır; hücre dışı boşluğa salınırlar — ancak potasyum için afinitesini artırarak 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 açılan ve potasyum iyonlarının hücreye çıkmasına izin veren — döngüyü yeniden başlatarak taşıyıcıyı ilk haline döndürme— açılır pompanın hücre içi tarafı ile birleşmesini sağlar.
Pompanın birincil aktif taşıma aktivitesi nedeniyle, iyonların zar boyunca dağılımında bir dengesizlik olur. Hücrenin içinde daha fazla potasyum iyonu ve hücrenin dışında daha fazla sodyum iyonu vardır. Bu nedenle, hücrelerin içi dışarıdan daha negatif olur. İyon dengesizliğinin bir sonucu olarak bir elektrokimyasal gradyan üretilir. Elektrokimyasal gradyandan gelen kuvvet daha sonra ikincil aktif taşınmanın reaksiyonlarını harekete geçirir. Birlikte taşıma olarak da bilinen ikincil aktif taşıma, ek ATP gerektirmeden birincil aktif taşıma tarafından oluşturulan elektrokimyasal gradyanın bir sonucu olarak bir madde bir membrandan taşındığında meydana gelir.