Ao contrário do transporte passivo, o transporte ativo envolve uma substância que é movida através de membranas contra a sua concentração ou gradiente eletroquímico. Existem dois tipos de transporte ativo: transporte ativo primário e transporte ativo secundário. O transporte ativo primário utiliza energia química do ATP para impulsionar bombas proteicas que estão embutidas na membrana celular. Com a energia do ATP, as bombas transportam iões contra os seus gradientes eletroquímicos—uma direção em que normalmente não viajariam por difusão.

Relação Entre Gradientes de Concentração, Elétricos e Eletroquímicos

Para perceber a dinâmica do transporte ativo, é importante perceber primeiro os gradientes elétricos e de concentração. Um gradiente de concentração é uma diferença na concentração de uma substância através de uma membrana ou espaço que impulsiona o movimento de zonas de alta concentração para zonas de baixa concentração. Da mesma forma, um gradiente elétrico é a força resultante da diferença entre potenciais eletroquímicos de cada lado da membrana que leva ao movimento de iões através da membrana até que as cargas sejam semelhantes de ambos os lados da membrana. Um gradiente eletroquímico é criado quando as forças de gradiente de concentração química e gradiente de carga elétrica são combinadas.

Bomba de Sódio-Potássio

Um importante transportador responsável pela manutenção do gradiente eletroquímico nas células é a bomba de sódio-potássio. A atividade de transporte ativo primário da bomba ocorre quando ela está posicionada de forma a abrangir toda a membrana com a sua região extracelular fechada, e a sua região intracelular aberta e associada a uma molécula de ATP. Nesta conformação, o transportador tem alta afinidade por iões de sódio normalmente presentes na célula em baixas concentrações, e três desses iões entram e prendem-se à bomba. Tal ligação permite que o ATP transfira um dos seus grupos de fosfato para o transportador, fornecendo a energia necessária para fechar a região intracelular da bomba e abrir a região extracelular.

A mudança na conformação diminui a afinidade da bomba para iões de sódio—que são libertados para o espaço extracelular—mas aumenta a sua afinidade para o potássio, permitindo que ela ligue dois iões de potássio presentes em baixa concentração no ambiente extracelular. A região extracelular da bomba então fecha, e o grupo fosfato derivado do ATP destaca-se do transportador. Isso permite que uma nova molécula de ATP se associe à região intracelular da bomba, que abre e permite que os iões de potássio entrem para a célula—devolvendo o transportador à sua forma original iniciando o ciclo novamente.

Devido à atividade de transporte ativo primário da bomba, acaba por haver um desequilíbrio na distribuição de iões através da membrana. Há mais iões de potássio dentro da célula e mais iões de sódio fora da célula. Portanto, o interior das células acaba por ser mais negativo do que o exterior. Um gradiente eletroquímico é gerado como resultado do desequilíbrio de iões. A força do gradiente eletroquímico impulsiona então as reações do transporte ativo secundário. O transporte ativo secundário, também conhecido como co-transporte, ocorre quando uma substância é transportada através de uma membrana como resultado do gradiente eletroquímico estabelecido pelo transporte ativo primário sem exigir ATP adicional.