5.12: Drugorzędny transport aktywny

Secondary Active Transport
JoVE Core
Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Biology
Secondary Active Transport
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

117,148 Views

01:55 min
March 11, 2019

Overview

Jednym z przykładów tego, jak komórki wykorzystują energię zawartą w gradientach elektrochemicznych, jest transport glukozy do komórek. Jionem niezbędnym do tego procesu jest sód (Na+), który zwykle występuje w wyższych stężeniach zewnątrzkomórkowych niż w cytozolu. Taka różnica w stężeniu wynika częściowo z działania enzymu “pompy” osadzonej w błonie komórkowej, która aktywnie wydala Na+ z komórki. Co ważne, ponieważ pompa ta przyczynia się do wysokiego stężenia dodatnio naładowanego Na+ na zewnątrz komórki, pomaga również uczynić to środowisko “bardziej pozytywnym” niż obszar wewnątrzkomórkowy. W rezultacie zarówno gradienty chemiczne, jak i elektryczne Na+ są skierowane w stronę wnętrza ogniwa, a gradient elektrochemiczny jest podobnie skierowany do wewnątrz.

Kotransportery sodowo-glukozowe

Kotransportery sodowo-glukozowe (SGLT) wykorzystują energię zgromadzoną w tym gradientzie elektrochemicznym. Białka te, zlokalizowane przede wszystkim w błonach komórek jelitowych lub nerkowych, pomagają we wchłanianiu glukozy ze światła tych narządów do krwiobiegu. Aby funkcjonować, zarówno zewnątrzkomórkowa cząsteczka glukozy, jak i dwie Na+ muszą związać się z SGLT. Gdy Na+ migruje do komórki przez transporter, przemieszcza się ze swoim gradientem elektrochemicznym, wydalając energię, którą białko wykorzystuje do przemieszczania glukozy wewnątrz komórki – w przeciwieństwie do gradientu chemicznego, ponieważ cukier ten ma tendencję do osiągania wyższego stężenia w komórce. W rezultacie glukoza przemieszcza się pod górę w kierunku przeciwnym do swojego gradientu stężenia jednocześnie z Na+, który przemieszcza się w dół swojego gradientu elektrochemicznego. Jest to przykład wtórnego transportu aktywnego, nazwanego tak, ponieważ wykorzystywane źródło energii ma charakter elektrochemiczny, a nie jest pierwotną formą ATP.

Terapie ukierunkowane na SGLT

Biorąc pod uwagę rolę glukozy w niektórych chorobach, naukowcy zaczęli szukać sposobów zakłócania transportu glukozy do komórek. Na przykład cukrzyca charakteryzuje się nadmiarem glukozy we krwi, co może prowadzić do uszkodzenia nerwów i innych powikłań. W rezultacie niektórzy badacze oceniają, w jaki sposób ekspresja SGLT różni się między diabetykami a osobami bez cukrzycy i czy hamowanie różnych SGLT może pomóc w leczeniu choroby. Alternatywnie, ponieważ wykazano, że komórki rakowe wymagają więcej glukozy w porównaniu z ich normalnymi odpowiednikami, inni badacze badają, czy transportery glukozy mogą być nowym celem terapii przeciwnowotworowych.

Transcript

Chociaż zarówno pierwotny, jak i wtórny transport aktywny opiera się na białkach błony komórkowej, ten ostatni wykorzystuje energię zmagazynowaną w gradientach elektrochemicznych jonów, a nie ATP, do zasilania tych białek i przesuwania cząsteczek, takich jak glukoza, do komórek w kierunku przeciwnym do gradientów.

Jednym z białek, które jest przykładem wtórnego transportu aktywnego, jest kotransporter sodowo-glukozowy 1. Początkowo transporter ten jest umieszczony tak, że cytoplazma skierowana w stronę jest zamknięta, ale koniec zewnątrzkomórkowy jest otwarty. Powoduje to wystawienie na działanie środowiska dwóch ujemnie naładowanych miejsc wiązania sodu, które są następnie wiązane przez dodatnio naładowane jony sodu.

Ponieważ więcej jonów sodu zaludnia przestrzeń zewnątrzkomórkową niż cytoplazma, a wnętrze komórki jest bardziej ujemne w porównaniu z jej środowiskiem, jony sodu związane z transporterem przemieszczają się w dół swojego gradientu elektrochemicznego.

To uwalnia energię, umożliwiając białku zmianę potwierdzenia i zwiększenie jego powinowactwa do glukozy, obecnej na niskim poziomie na zewnątrz, ale o wysokim stężeniu wewnątrz komórki.

Cząsteczka glukozy następnie przyłącza się do transportera, a to jednoczesne wiązanie sodu i cukru powoduje, że białko zamyka swój obszar zewnątrzkomórkowy i otwiera cytoplazmę skierowaną w stronę.

Jony sodu następnie odłączają się i dostają się do cytoplazmy. Zmniejsza to powinowactwo białka do glukozy, a następnie cukier jest uwalniany. Jest kotransportowany z jonami do komórki, ale wbrew gradientowi stężeń. Po opróżnieniu transporter powraca do swojej początkowej orientacji.

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for