Aktiv transport krever energi
Celler er små selvstendige enheter som er avhengig av å ta opp næring og skille ut avfallsstoffer. Mange av stoffene som må fraktes inn og ut av cellen, er vannløselige molekyler og ioner som ikke kan diffundere direkte gjennom cellemembranen.
Cellemembranen har mange transportproteiner som driver passiv transport ved diffusjon, men for å kunne transportere stoffer mot en konsentrasjonsgradient eller en ladningsgradient kreves det energi. Cellene bruker den energirike forbindelsen ATP (adenosintrifosfat) som sin energikilde.
Når ATP overfører en fosfatgruppe til et protein, fører det til at proteinet blir aktivert og endrer form eller struktur. På denne måten kan transportproteiner i cellemembranen aktivt flytte stoffer over fra den ene siden av membranen til den andre, uavhengig av gradienter.
Aktiv transport ved hjelp av ulike transportproteiner
Transport ved hjelp av transportproteiner som bruker ATP direkte, kalles primær aktiv transport. Transportproteiner kan også samarbeide. Dette kalles gjerne koblede transporter eller sekundær aktiv transport. Transportproteiner som driver primær aktiv transport, kan endre konsentrasjons- eller ladningsgradienten på den andre siden av membranen og dermed skape en potensiell energi. Den potensielle energien kan videre brukes til å drive aktiv transport av andre stoffer gjennom membranen.
Det finnes ulike typer transportproteiner som driver aktiv transport:
ionepumper
symport
antiport
Ionepumper "pumper" ioner over cellemembranen
Ionepumper er transportproteiner som driver primær aktiv transport for å frakte ioner mot konsentrasjons- eller ladningsgradienten over cellemembranen. Aktiv transport av ioner opprettholder konsentrasjons- og ladningsforskjeller, slik at passiv transport av ioner kan foregå ved diffusjon.
Natrium–kalium-pumpa (Na+/K+-pumpa)
Natrium–kalium-pumpa er et eksempel på en ionepumpe. Denne ionepumpa transporterer to ulike ioner mot sin konsentrasjonsgradient: Natriumioner (Na+) pumpes ut av cellene, og kaliumioner (K+) pumpes inn.
Pumpa drives av ATP og pumper tre natriumioner ut og to kaliumioner inn for hvert ATP-molekyl som brytes ned. På denne måten kan cellen opprettholde en høy konsentrasjon av kalium inni og en høy konsentrasjon av natrium utenfor cellen. Denne konsentrasjonsforskjellen på inn- og utsiden av cellen brukes blant annet til kommunikasjon mellom celler, og er nødvendig for å sende nervesignaler.
Koblede transporter – samarbeid mellom transportproteiner
Drivkraften for koblede transporter (kotransport) er ionepumper som sørger for å opprettholde konsentrasjonsgradienten til det ionet som skal transporteres med gradienten. Koblede transporter regnes som sekundær aktiv transport fordi ATP kun er indirekte involvert i transporten.
Ionepumpa vil endre gradienten på den andre siden av membranen og dermed skape en potensiell energi som videre kan brukes til transport av andre stoffer. Den potensielle energien ligger i at ionet som ble transportert over cellemembranen, trekkes mot den andre siden av membranen. Det vil si at ionene lett kan diffundere tilbake ved passiv transport, men de kan også bli fanget opp av spesielle proteinpumper som utnytter energien deres til kotransport.
Disse proteinpumpene lar ionet bevege seg tilbake ved diffusjon samtidig som det frakter med seg et annet molekyl eller ion mot gradienten. Her trengs ikke energien fra ATP, ettersom det er potensiell energi som utnyttes.
Na+ gir energi til frakt av glukose
Et eksempel på koblede transporter er transport av glukose inn i cellene ved hjelp av natriumioner. Siden natriumionene er blitt pumpet ut mot konsentrasjonsgradienten ved hjelp av Na+/K+-pumpa, har de potensiell energi i forhold til innsiden av membranen. Det vil si at natriumionene kan diffundere ved passiv transport.
Et spesielt transportprotein (proteinpumpe) kan utnytte natriumionenes energi til å frakte glukose mot konsentrasjonsgradienten. Natriumioner kan "renne tilbake med strømmen" og tar glukose med seg i en sekundær aktiv transport. Transportproteinet forandrer form og "tømmer" glukosemolekylet på innsiden av membranen. Natriumionene pumpes ut igjen ved hjelp av Na+/K+-pumpa.
Stoffer som transporteres ved bruk av koblede transporter, kan fraktes samme vei med en symport, eller motsatt vei med en antiport. Transportproteiner som bare transporterer ett stoff, kalles gjerne uniport.
