Gambar ini merupakan sel saraf manusia yang aktif. Bagaimana sel-sel saraf berfungsi akan menjadi fokus konsep lain. Namun, proses transpor aktif memainkan peran penting dalam fungsi sel-sel ini. Secara khusus, itu adalah pompa natrium-kalium yang aktif di dalam akson dari sel saraf tersebut.
Transpor aktif adalah proses yang memerlukan energi untuk memompa molekul dan ion melintasi membran “menanjak” – melawan gradien konsentrasi. Untuk memindahkan molekul-molekul melawan gradien konsentrasi mereka, protein pembawa [carrier protein] akan diperlukan.
Protein pembawa dapat bekerja dengan gradien konsentrasi [selama transportasi pasif], tetapi beberapa protein pembawa dapat memindahkan zat terlarut melawan gradien konsentrasi [dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi], dengan masukan energi. Pada transpor aktif, protein pembawa yang digunakan untuk memindahkan bahan melawan gradien konsentrasi mereka, protein ini dikenal sebagai pompa. Seperti pada jenis-jenis kegiatan selular, ATP memasok energi untuk kebanyakan transportasi aktif. Salah satu cara ATP dapat memberi kekuatan selama transpor aktif adalah dengan mentransfer gugus fosfat langsung ke protein pembawa. Hal ini dapat menyebabkan protein pembawa untuk mengubah bentuknya, yang menggerakan molekul atau ion ke sisi lain dari membran.
Contoh dari jenis sistem transpor aktif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah, adalah pompa natrium-kalium, yang melakukan pertukaran ion natrium ion kalium melintasi membran plasma dari sel-sel hewan.
Sistem pompa natrium-kalium menggerakkan ion natrium dan kalium melawan gradien konsentrasi besar. Ia menggerakkan dua ion kalium ke dalam sel di mana kadar kalium yang tinggi, dan memompa tiga ion natrium keluar dari sel dan ke dalam cairan ekstraseluler.
Seperti ditunjukkan pada Gambar di atas, tiga ion natrium berikatan pada pompa protein di dalam sel. Protein pembawa kemudian mendapat energi dari ATP dan terjadi perubahan bentuk. Dengan demikian, memompa tiga ion natrium dari sel. Pada saat itu, dua ion kalium dari luar sel mengikat dengan pompa protein. Ion-ion kalium kemudian diangkut ke dalam sel, dan proses berulang. Pompa Natrium-kalium ditemukan dalam membran plasma dari hampir setiap sel manusia dan umum untuk semua kehidupan selular. Ini membantu menjaga potensial sel dan mengatur volume selular.
Mekanisme
Seperti ditunjukkan pada Gambar di atas, pompa natrium-kalium mengangkut ion Na+ dan ion K+ dengan cara sebagai berikut:
- pompa Natrium-kalium mengikat ATP dan tiga ion Na + intraseluler.
- ATP dihidrolisis menghasilkan adenosin difosfat [ADP] dan fosfat anorganik. Fosfat bebas memfosforilasi pompa natrium-kalium.
- Perubahan konformasi pada pompa mengekspos ion Na+ ke luar.
- Bentuk pompa yang terfosforilasi memiliki afinitas ion Na + lebih rendah, sehingga mereka dilepaskan. Pompa mengikat dua ion K + ekstraseluler. Hal ini menyebabkan defosforilasi pompa, kembali ke keadaan konformasi sebelumnya, mengangkut ion K + ke dalam sel.
- Bentuk pompa yang tidak terfosforilasi memiliki afinitas yang lebih tinggi untuk Na + ion daripada ion K +, sehingga dua ion K + yang terikat dilepaskan.
- ATP mengikat, dan proses dimulai lagi.
Gradien Elektrokimia
Transpor aktif ion melintasi membran menyebabkan gradien listrik akan terbangun pada membran plasma. Jumlah ion bermuatan positif di luar sel lebih besar dari jumlah ion bermuatan positif dalam sitosol. Hal ini menyebabkan muatan yang relatif negatif pada bagian dalam membran, dan muatan positif di luar. Perbedaan dalam muatan menyebabkan tegangan melintasi membran. Tegangan adalah energi potensial listrik yang disebabkan oleh pemisahan muatan yang berlawanan, dalam hal ini melintasi membran. Tegangan membran disebut potensial membran. Potensial membran ini sangat penting untuk konduksi impuls listrik di sepanjang sel-sel saraf.
Karena dalam sel adalah lebih negatif dibandingkan dengan di luar sel, potensial membran akan mendukung pergerakan ion bermuatan positif [kation] ke dalam sel, dan gerakan ion negatif [anion] keluar dari sel. Jadi, ada dua kekuatan yang mendorong difusi ion melintasi membran plasma [ion’ gradien konsentrasi], dan kekuatan listrik [efek potensial membran pada ion’ gerakan]. Kedua gaya bekerja bersama-sama disebut gradien elektrokimia, dan akan dibahas secara rinci dalam artikel “Sel saraf” dan ” Impuls saraf “.
Ringkasan
Transpor aktif adalah proses yang memerlukan energi untuk memompa molekul dan ion melintasi membran melawan gradien konsentrasi. Pompa Natrium-kalium merupakan pompa transportasi aktif yang terjadi pertukaran ion natrium dengan ion kalium.