Podstawową jednostką strukturalną organizmów żywych jest komórka, która dla prawidłowego funkcjonowania prowadzi wymianę poszczególnych związków. Transport aktywny to rodzaj mechanizmu zapewniającego przenikanie substancji przez błonę komórkową. Pozwala na dopływ do wnętrza komórki substancji ze środowiska zewnętrznego niezbędnych do zaspokojenia jej potrzeb. Dodatkowo umożliwia odpływ ze środka komórki produkowanych przez nią substancji zbędnych i toksycznych. Dzięki transportowi aktywnemu możliwe staje się utrzymanie stałego składu chemicznego wnętrza komórki.
Co to jest transport aktywny?
Transport aktywny jest to rodzaj przenikania związków chemicznych przez błony komórkowe, czyli półprzepuszczalne błony biologiczne, które oddzielają wnętrze komórki od świata zewnętrznego. Transport aktywny błony komórkowej pozwala na jej stałą komunikację z otoczeniem, a zatem wymianę informacji, substancji czy energii. Równowaga transportowa uważana jest za podstawę homeostazy.
Transport aktywny odbywa się przy udziale określonych substancji przenośnikowych lub mechanizmów transportujących. Podkreśla się rolę wyspecjalizowanych białek integralnych sprzęgających transport z procesem uwalniania energii. Transport ten zachodzi wbrew gradientowi elektrochemicznemu (alternatywnie określanemu gradientem protonowym lub siłą protonomotoryczną), czyli ze środowiska o stężeniu mniejszym do środowiska o stężeniu większym. Związki chemiczne w transporcie aktywnym przenikają w poprzek błony biologicznej.
Skąd pochodzi energia w transporcie aktywnym?
Transport aktywny, zwany też czynnym, jest procesem endoergicznym. Oznacza to, że zachodzi przy wykorzystaniu nakładów energii, która niezbędna jest, żeby system pomp, jakim dysponują błony komórkowe, przetransportował substancję wbrew gradientowi stężeń. Źródłem energii dla transportu aktywnego pierwotnego jest hydroliza (reakcja podwójnej wymiany zachodząca między wodą a rozpuszczoną w niej substancją) cząsteczki ATP, czyli adenozyno-5-trifosforanu o wzorze sumarycznym C10H16N5O13P3. ATP pełni rolę nośnika i magazynu energii chemicznej. Utrzymuje równomierne stężenie jonów Na+ i K+ po obu stronach błony komórkowej. Stężenie tego związku w komórce nie przekracza 10 mmol/l. ATP odkryte zostało w 1929 r. przez niemieckiego chemika Karla Lehmanna, zaś jego umiejętność do przenoszenia energii odkrył amerykański biochemik Fritz Lipmann. Z kolei energia w transporcie aktywnym wtórnym czerpana jest ze sprzężenia z transportem innego związku, który odbywa się zgodnie z gradientem stężeń, czyli ze środowiska o stężeniu większym do środowiska o stężeniu mniejszym.
Polecamy: Gdzie zachodzi oddychanie tlenowe? Jakie ma etapy?
Transport aktywny pierwotny – pompa sodowo-potasowa
Rodzajem aktywnego transportu pierwotnego, czyli I rodzaju, jest pompa sodowo-potasowa, która przenosi jony sodu z wnętrza komórki na zewnątrz oraz w kierunku odwrotnym jony potasu. Zadaniem ATP – azy Na+/K+ jest ustanowienie i utrzymanie gradientu elektrochemicznego na błonie. Jedna rozłożona cząsteczka ATP pozwala na transport dwóch jonów potasu (K+) i trzech jonów sodu (Na+). W rezultacie powstaje potencjał chemiczny i potencjał elektryczny, ponieważ 3 ładunki dodatnie są wypompowywane na zewnątrz, a tylko 2 ładunki dodatnie pompowane są do wnętrza. Stężenie sodu jest wyższe w środowisku zewnętrznym niż w komórce, natomiast stężenie potasu jest wyższe w komórce niż w środowisku zewnętrznym. Powstający dzięki temu zwiększony gradient jonów może zostać wykorzystany wtórnie do transportu innych związków. Dodatkowo kontroluje objętość komórki, warunkuje pobudzenie nerwów i mięśni, stanowi siłę napędową aktywnego transportu cukrów i aminokwasów.
Działanie pompy sodowo-potasowej wymaga: ciągłej syntezy ATP, odpowiedniego stężenia jonów Na+ i K+ oraz Mg2+, stałego dopływu glukozy i tlenu, odprowadzania CO2 i zachowania temperatury około 37°C.
Zatrzymanie pracy pompy sodowo-potasowej może skutkować: utratą przez komórki ich specyficznych właściwości, zmianą składu płynu wewnątrzkomórkowego i zewnątrzkomórkowego (tzw. pozakomórkowy, która występuje w przestrzeni pozakomórkowej ustroju), brakiem reakcji komórek na bodźce.
Jak działa układ oddechowy? Dowiesz się tego z naszego filmu:
Polecamy: Skrajna niewydolność krążenia - jak wygląda leczenie?
Rodzaje transportów aktywnych wtórnych
W sytuacji, gdy między procesem uwalniania energii a transportem istnieją mechanizmy pośredniczące, ma miejsce transport aktywny wtórny. Wyróżnia się następujące rodzaje transportu aktywnego wtórnego, czyli współtransportu:
- symport – polega na transporcie dwóch substancji, który odbywa się w tym samym kierunku, transportowane substancje A i B są ze sobą sprzężone, gradient jednej z nich umożliwia transport drugiej wbrew gradientowi stężeń, jak np. transport glukozy i jonów sodu w komórkach nabłonkowych;
- antyport – polega na transporcie dwóch substancji, który odbywa się w przeciwnym kierunku, jak np. pompa sodowo-wapniowa w błonach mięśni szkieletowych.