2.16: natrium-kaliumpump
natrium-kaliumpumpen
aktiv transport är den energikrävande processen att pumpa molekyler och joner över membran ”uppför”-mot en koncentrationsgradient. För att flytta dessa molekyler mot deras koncentrationsgradient behövs ett bärarprotein. Bärarproteiner kan arbeta med en koncentrationsgradient (under passiv transport), men vissa bärarproteiner kan flytta lösta ämnen mot koncentrationsgradienten (från låg koncentration till hög koncentration), med en inmatning av energi. I aktiv transport, eftersom bärarproteiner används för att flytta material mot deras koncentrationsgradient, är dessa proteiner kända som pumpar. Liksom i andra typer av cellulära aktiviteter levererar ATP energin för mest aktiv transport. Ett sätt ATP Driver aktiv transport är genom att överföra en fosfatgrupp direkt till ett bärarprotein. Detta kan leda till att bärarproteinet ändrar sin form, vilket flyttar molekylen eller Jonen till den andra sidan av membranet. Ett exempel på denna typ av aktivt transportsystem, som visas i figur nedan, är natrium-kaliumpumpen, som utbyter natriumjoner för kaliumjoner över plasmamembranet i djurceller.
natrium-kaliumpumpsystemet flyttar natrium-och kaliumjoner mot stora koncentrationsgradienter. Det flyttar två kaliumjoner in i cellen där kaliumnivåerna är höga och pumpar tre natriumjoner ut ur cellen och in i den extracellulära vätskan.
som visas i figuren ovan binder tre natriumjoner med proteinpumpen inuti cellen. Bärarproteinet får sedan energi från ATP och ändrar form. På så sätt pumpar den de tre natriumjonerna ut ur cellen. Vid den tiden binder två kaliumjoner utanför cellen till proteinpumpen. Kaliumjonerna transporteras sedan in i cellen, och processen upprepas. Natrium-kaliumpumpen finns i plasmamembranet i nästan varje mänsklig cell och är vanligt för allt cellulärt liv. Det hjälper till att upprätthålla cellpotential och reglerar cellvolymen.
en mer detaljerad titt på natrium-kaliumpumpen finns på http://www.youtube.com/watch?v=C_H-ONQFjpQ (13:53) och http://www.youtube.com/watch?v=ye3rTjLCvAU (6:48).
den elektrokemiska gradienten
den aktiva transporten av joner över membranet får en elektrisk gradient att byggas upp över plasmamembranet. Antalet positivt laddade joner utanför cellen är större än antalet positivt laddade joner i cytosolen. Detta resulterar i en relativt negativ laddning på insidan av membranet och en positiv laddning på utsidan. Denna skillnad i laddningar orsakar en spänning över membranet. Spänning är elektrisk potentiell energi som orsakas av en separation av motsatta laddningar, i detta fall över membranet. Spänningen över ett membran kallas membranpotential. Membranpotential är mycket viktigt för ledning av elektriska impulser längs nervceller.
eftersom cellens insida är negativ jämfört med utanför cellen, gynnar membranpotentialen rörelsen av positivt laddade joner (katjoner) in i cellen och rörelsen av negativa joner (anjoner) ut ur cellen. Så det finns två krafter som driver diffusionen av joner över plasmamembranet—en kemisk kraft (jonernas koncentrationsgradient) och en elektrisk kraft (effekten av membranpotentialen på jonernas rörelse). Dessa två krafter som arbetar tillsammans kallas en elektrokemisk gradient och kommer att diskuteras i detalj i ”nervceller” och ”nervimpulser” begrepp.