Для первично-активного транспорта используется энергия непосредственного расщепления АТФ до АДФ. Таким образом, функционируют ионные насосы: калий-натриевые, кальциевые, протонный насос митохондрий и др. Белки, которые транспортируют вещества через мембрану, способны одновременно разрушать АТФ, то есть обладают АТФазной активностью. Энергию для этого вида активного транспорта может давать и окислительно-восстановительный процесс в митохондриях. В ходе перемещения электронов по дыхательной цепи выделяется энергия, которая служит для откачки протонов из матрикса в межмембранное пространство. Это формирует протонный градиент, энергия которого используется для синтеза АТФ.
Вторично-активный транспорт отличается тем, что белки, которые обеспечивают транспортные механизмы, не способны разрушать АТФ. Энергию они получают за счет градиента концентрации какого-либо иона, чаще Na+. Таким образом, энергия АТФ используется для первоначального переноса ионов натрия из клетки. Так захватывается в клетку или выводится из нее часть ионов, молекулы глюкозы и аминокислот. Подобный транспорт идет по типу антипорта (ион и транспортируемое вещество перемещаются в одну сторону) или по типу антипорта (ион и транспортируемое вещество переносятся в противоположных направлениях).
Примером активного насоса или канала служит калий-натриевый насос, обеспечивающий движение ионов натрия и калия через клеточную мембрану. Внутриклеточная часть белка расщепляет молекулу АТФ. Это обеспечивает выведение из клетки трех ионов натрия и поступление двух ионов калия. Таким образом, внутри клетки поддерживается высокая концентрация калия (в 35 раз выше, чем вне клетки) и низкая концентрация натрия (в 14 раз ниже внеклеточной). Это важно для создания:
- электрических потенциалов на мембранах,
- процесса возбуждения в нервных и мышечных клетках,
- нормального протекания других внутриклеточных процессов.
Белок натрий-калиевого насоса — тетрамер и состоит из двух α- и двух β-субъединиц. Некоторые препараты, например, сердечные гликозиды, могут тормозить функцию насоса.
Натрий-зависимый кальциевый насос выводит ионы кальция из клетки в обмен на ионы натрия, перемещающиеся внутрь клетки. При этом энергия ионов натрия используется для выведения ионов кальция. Обмен идет в пропорции одна молекула кальция на две молекулы натрия. Этот насос располагается на клеточной мембране.
Транспорт глюкозы внутрь клетки обеспечивает натрий-зависимый глюкозный насос за счет энергии, получаемой при поступлении в клетку ионов натрия. Таким образом, насос функционирует по типу симпорта, то есть направление обоих веществ совпадает. Для всасывания одной молекулы глюкозы нужен один ион натрия.