Contrairement au transport passif, le transport actif implique qu’une substance se déplace à travers les membranes dans un sens allant contre son gradient de concentration ou son gradient électrochimique. Il existe deux types de transport actif : le transport actif primaire et le transport actif secondaire. Le transport actif primaire utilise l’énergie chimique de l’ATP pour actionner des protéines à pompes qui sont intégrées dans la membrane cellulaire. Avec l’énergie de l’ATP, les pompes transportent les ions contre leurs gradients électrochimiques, un sens dans lequel ils ne se déplaceraient normalement pas par diffusion.
Pour comprendre la dynamique du transport actif, il est important de comprendre d’abord les gradients électriques et les gradients de concentration. Un gradient de concentration est une différence de concentration d’une substance de l’autre côté d’une membrane ou d’un espace, qui entraîne le déplacement à partir des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. De même, un gradient électrique est la force résultant de la différence entre les potentiels électrochimiques de chaque côté de la membrane qui conduit au mouvement des ions à travers la membrane jusqu’à ce que les charges soient similaires des deux côtés de la membrane. Un gradient électrochimique se crée lorsque les forces d’un gradient de concentration chimique et d’un gradient de charge électrique sont combinées.
La pompe sodium-potassium est un transporteur important responsable du maintien du gradient électrochimique dans les cellules. L’activation du transport actif primaire de la pompe se produit lorsqu’elle est orientée de telle sorte qu’elle enjambe la membrane en ayant son côté extracellulaire fermé ainsi que sa région intracellulaire ouverte et associée à une molécule d’ATP. Dans cette conformation, le transporteur a une forte affinité pour les ions sodium qui sont normalement présents dans la cellule en faibles concentrations, et trois de ces ions entrent et se fixent à la pompe. Une telle liaison permet à l’ATP de transférer l’un de ses groupes phosphates au transporteur, fournissant l’énergie nécessaire pour fermer le côté intracellulaire de la pompe et ouvrir la région extracellulaire.
Le changement de conformation diminue l’affinité de la pompe pour les ions sodium, qui sont libérés dans l’espace extracellulaire, mais augmente son affinité pour le potassium, ce qui lui permet de se lier à deux ions potassium présents en faible concentration dans l’environnement extracellulaire. Le côté extracellulaire de la pompe se ferme alors, et le groupe phosphate dérivé de l’ATP sur le transporteur se détache. Cela permet à une nouvelle molécule d’ATP de s’associer au côté intracellulaire de la pompe, qui s’ouvre et permet aux ions potassium de sortir dans la cellule ; ce qui renvoie le transporteur à sa forme initiale pour commencer le cycle à nouveau.
En raison de l’activité du transport actif primaire de la pompe, on finit par avoir un déséquilibre dans la distribution des ions de l’autre côté de la membrane. Il y a plus d’ions potassium à l’intérieur de la cellule et plus d’ions sodium à l’extérieur de la cellule. Par conséquent, l’intérieur des cellules finit par être plus négatif que l’extérieur. Un gradient électrochimique est généré à la suite du déséquilibre ionique. La force du gradient électrochimique propulse alors les réactions du transport actif secondaire. Le transport actif secondaire, également connu sous le nom de co-transport, se produit lorsqu’une substance est transportée à travers une membrane à la suite du gradient électrochimique établi par le transport actif primaire sans nécessiter d’ATP supplémentaire.
