5.12: Вторичный активный транспорт

Одним из примеров того, как клетки используют энергию, содержащуюся в электрохимических градиентах, является транспорт глюкозы в клетки. Ион, жизненно важный для этого процесса, - это натрий (Na ⁺ ), который обычно присутствует в более высоких концентрациях вне клетки, чем в цитозоли. Такая разница в концентрации отчасти объясняется действием фермента “насос&rdquo., встроенного в клеточную мембрану, которая активно вытесняет Na ⁺ из клетки. Важно отметить, что, поскольку этот насос способствует высокой концентрации положительно заряженного Na ⁺ вне клетки, он также помогает сделать эту среду «более положительной». чем внутриклеточная область. В результате и химический, и электрический градиенты Na ⁺ направлены внутрь ячейки, а электрохимический градиент аналогичным образом направлен внутрь.

Котранспортеры натрия и глюкозы

Котранспортеры натрия и глюкозы (обозначаются аббревиатурой SGLT) используют энергию, запасенную в этом электрохимическом градиенте. Эти белки, в основном расположенные в мембранах клеток кишечника или почек, помогают абсорбировать глюкозу из просвета этих органов в кровоток. Для функционирования и внеклеточная молекула глюкозы, и два Na ⁺ должны связываться с SGLT. Когда Na ⁺ мигрирует в клетку через переносчик, он перемещается со своим электрохимическим градиентом, вытесняя энергию, которую белок использует для перемещения глюкозы внутри клетки & mdash; против своего химического градиента, так как этот сахар имеет тенденцию к более высокая концентрация внутри клетки. В результате глюкоза движется вверх против своего градиента концентрации одновременно с Na ⁺ , который движется вниз по его электрохимическому градиенту. Это пример вторичного активного транспорта, названного так потому, что используемый источник энергии имеет электрохимическую природу, а не первичную форму АТФ.

Методы лечения, направленные на SGLT

Учитывая роль глюкозы в некоторых заболеваниях, ученые начали искать способы вмешательства в транспорт глюкозы в клетки. Например, диабет характеризуется избытком глюкозы в кровотоке, что может привести к повреждению нервов и другим осложнениям. В результате некоторые исследователи оценивают, как экспрессия SGLT различается между диабетиками и недиабетиками, и может ли ингибирование разных SGLT помочь в лечении болезни. В качестве альтернативы, поскольку было продемонстрировано, что раковые клетки требуют больше глюкозы по сравнению с их нормальными аналогами, другие исследователи изучают, могут ли переносчики глюкозы стать новой мишенью противораковой терапии.

Хотя и основной, и вспомогательный активный транспорт, оба используют мембранные белки клетки, последние используют энергию, хранящуюся в электрохимических градиентах ионов, а не АТФ, для питания этих белков и движения молекул, таких как глюкоза, в клетке против градиентов. Один белок, который является примером вспомогательной активной транспортировки, натриевый ко-транспортёр глюкозы 1. Изначально этот транспортёр расположен так, что сторона к цитоплазме закрыта, но внеклеточный конец открыт.

Это открывает два отрицательно заряженных сайта связывания натрия для окружающей среды, которые затем связаны положительно заряженными ионы натрия. Поскольку больше ионов натрия заполняют внеклеточное пространство, чем цитоплазму, и внутреннее пространство клетки более отрицательно по сравнению с окружающей средой, связанные с транспортёром ионы натрия перемещаются по их электрохимическому градиенту. Это высвобождает энергию, позволяя белку изменить конформацию и увеличить его сродство к глюкозе, присутствующей на низком уровне снаружи, но в высоких концентрациях внутри клетки.

Затем молекула глюкозы крепится к транспортёру и это одновременное связывание натрия и сахара заставляет белок закрыть его внеклеточный регион и открыть лицевую к цитоплазме сторону. Затем ионы натрия отсоединяются и входят в цитоплазму. Это уменьшает сродство белка к глюкозе, и сахар, в конце концов, выпускается.

Он ко-транспортируется с ионами в клетку, но против его градиента концентрации. После опорожнения, транспортёр возвращается к своей первоначальной ориентации.