5.12: Secondary Active Transport
5.12: Transport actif secondaire
One example of how cells use the energy contained in electrochemical gradients is demonstrated by glucose transport into cells. The ion vital to this process is sodium (Na+), which is typically present in higher concentrations extracellularly than in the cytosol. Such a concentration difference is due, in part, to the action of an enzyme “pump” embedded in the cellular membrane that actively expels Na+ from a cell. Importantly, as this pump contributes to the high concentration of positively-charged Na+ outside a cell, it also helps to make this environment “more positive” than the intracellular region. As a result, both the chemical and electrical gradients of Na+ point towards the inside of a cell, and the electrochemical gradient is similarly directed inwards.
Sodium-glucose Cotransporters
Sodium-glucose cotransporters (SGLTs) exploit the energy stored in this electrochemical gradient. These proteins, primarily located in the membranes of intestinal or kidney cells, help in the absorption of glucose from the lumen of these organs into the bloodstream. In order to function, both an extracellular glucose molecule and two Na+ must bind to the SGLT. As Na+ migrates into a cell through the transporter, it travels with its electrochemical gradient, expelling energy that the protein uses to move glucose inside a cell—against its chemical gradient, since this sugar tends to be at a higher concentration within a cell. As a result, glucose travels uphill against its concentration gradient simultaneously with Na+ that travels down its electrochemical gradient. This is an example of secondary active transport, so-named because the energy source used is electrochemical in nature, rather than the primary form of ATP.
Therapies Targeting SGLTs
Given the role of glucose in certain diseases, scientists have begun to look at ways of interfering with glucose transport into cells. For example, diabetes is characterized by excess glucose in the bloodstream, which can lead to nerve damage and other complications. As a result, some researchers are assessing how SGLT expression differs between diabetics and non-diabetics, and whether inhibiting different SGLTs can help treat the disease. Alternatively, since cancer cells have been demonstrated to require more glucose compared to their normal counterparts, other investigators are examining whether glucose transporters can be a new target of anti-cancer therapies.
Un exemple de la façon dont les cellules utilisent l’énergie contenue dans les gradients électrochimiques est démontré par le transport du glucose dans les cellules. L’ion vital pour ce processus est le sodium (Na+), qui est généralement présent dans des concentrations plus élevées extracellulaire que dans le cytosol. Une telle différence de concentration est due, en partie, à l’action d’une enzyme " pompe " incorporée dans la membrane cellulaire qui expulse activement Na+ d’une cellule. Fait important, comme cette pompe contribue à la forte concentration de Na+ à charge positive à l’extérieur d’une cellule, elle contribue également à rendre cet environnement « lus positi » que la région intracellulaire. En conséquence, les gradients chimiques et électriques de Na+ pointent vers l’intérieur d’une cellule, et le gradient électrochimique est dirigé de la même façon vers l’intérieur.
Sodium-glucose Cotransporters
Les cotransporteurs de sodium-glucose (SGLT) exploitent l’énergie stockée dans ce gradient électrochimique. Ces protéines, principalement situées dans les membranes des cellules intestinales ou rénales, aident à l’absorption du glucose des lumens de ces organes dans la circulation sanguine. Pour fonctionner, une molécule de glucose extracellulaire et deux Na+ doivent se lier au SGLT. Comme Na+ migre dans une cellule à travers le transporteur, il se déplace avec son gradient électrochimique, expulsant l’énergie que la protéine utilise pour déplacer le glucose à l’intérieur d’une cellule, contre son gradient chimique, puisque ce sucre a tendance à être à une concentration plus élevée dans une cellule. En conséquence, le glucose se déplace vers le haut contre son gradient de concentration simultanément avec Na+ qui descend son gradient électrochimique. Il s’agit d’un exemple de transport actif secondaire, ainsi nommé parce que la source d’énergie utilisée est de nature électrochimique, plutôt que la forme primaire de l’ATP.
Thérapies ciblant les SGLT
Étant donné le rôle du glucose dans certaines maladies, les scientifiques ont commencé à examiner les moyens d’interférer avec le transport du glucose dans les cellules. Par exemple, le diabète se caractérise par un excès de glucose dans la circulation sanguine, ce qui peut entraîner des lésions nerveuses et d’autres complications. En conséquence, certains chercheurs évaluent comment l’expression sglt diffère entre les diabétiques et les non-diabétiques, et si l’inhibition de différents SGLTs peut aider à traiter la maladie. Alternativement, puisque les cellules cancéreuses ont été démontrées pour exiger plus de glucose par rapport à leurs homologues normaux, d’autres investigateurs examinent si les transporteurs de glucose peuvent être une nouvelle cible des thérapies anticancéreuses.
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