一次性能動輸送

一次性能動輸送は、膜輸送蛋白質がATP加水分解や光エネルギーなどを直接利用して、イオンや分子をその電気化学勾配に逆らって運ぶ過程である。動物細胞ではNa⁺/K⁺-ATPase、Ca²⁺-ATPase、H⁺/K⁺-ATPaseが代表的である。

電動ポンプで水を低い場所から高い貯水槽へくみ上げるイメージである。自然には下る方向と逆へ運ぶためエネルギーが必要で、できた高低差は後で別の仕事に利用できる。

輸送体は基質とATPを結合し、リン酸化・脱リン酸化などに伴う構造変化によって結合部位の向きを切り替える。これによりイオンを低い電気化学ポテンシャル側から高い側へ移す。形成されたNa⁺、H⁺、Ca²⁺などの勾配は、膜電位、細胞内Ca²⁺恒常性、pH調節、二次性能動輸送の駆動力になる。輸送比が電荷の正味移動を伴う場合は起電性をもつ。

Na⁺/K⁺-ATPaseは1 ATPあたり3 Na⁺を細胞外へ、2 K⁺を細胞内へ運び、Na⁺勾配と細胞内K⁺高値を維持する。この勾配は腸や腎でのグルコース共輸送を可能にする。

一次性能動輸送と、ATPで作られた勾配を利用する二次性能動輸送を区別する。輸送方向は単純な濃度差だけでなく電位差も含む。ATPase阻害の影響は直接作用だけでなく勾配消失による二次作用も大きい。