6.1

6. aktivní membránový transport

Aktivní přenašečový transport – vyžaduje dodání energie především proto, aby se změnila afinita přenašeče k substrátu po jeho translokaci na druhou stranu membrány, tj. v podstatě k uvolnění přenášené molekuly od přenašeče nebo na „regeneraci“ přenašečové molekuly. Donorem energie je buď hydrolýza ATP, gradient iontů na obou stranách membrány (Na⁺ či K⁺) a chemické změny přenášeného substrátu (skupinová translokace). Přímý (primární) – spotřebovává ATP, nepřímý (sekundární) – ATP využívá nepřímo.

ATPáza – enzym přenášející ionty. Nezbytná pro udržování buněčného objemu, intracelulárního iontového obsahu, transmembránového potenciálu, spřaženého transportu látek. Vodíková (lyzosomy, mitochondrie, žaludek, ledviny), vápenatá (plazmatická membrána, endoplazmatické retikulum).

Primární – vratná hydrolýza ATP vyžaduje přítomnost jak Na⁺, tak K⁺. Na⁺ jsou nutné pro fosforylaci proteinu, což způsobuje jeho konformační změnu, která přesunuje Na⁺ na vnější stranu membrány. Zde vázané K⁺ jsou patrně nutné pro defosforylaci ATPázy, což je spojeno s transportem K⁺ do buňky. ATPáza vytváří uprostřed kanál, jehož malé konformační změny způsobené fosforylací a defosforylací ionty transportují. Transport obou iontů je tak spřažen. Jsou-li do buňky napumpovány 2K⁺, pak z buňky vždy 3Na⁺. Obojí ionty jsou transportovány proti koncentračním spádům, energie k udržování tohoto nerovnovážného stavu pochází z ATP, která je membránovou ATPázou štěpena.

Sekundární – spřažení dvou transportních pochodů, z nichž jeden vyžaduje dodání metabolické energie a druhý těží z takto vzniklého koncentračního gradientu (druhý je tedy vázán na průběh prvního. Stejnosměrný přenos obou substrátů označujeme jako synport, protisměrný jako antiport. Nejznámějším příkladem synportu je spřažení transportu Na⁺ a glukózy (či AK) membránou kartáčového lemu střevní sliznice, Na⁺ a jodidový transportér, transportéry AK.

ABC transportéry (ATP binding cassette) – množství různých transmembránových proteinů schopných aktivně přenášet různé látky dovnitř či ven přes membránu za spotřeby ATP. více než 100 genů (48 – člověk, 16 charakterizovaných, 14 chorobami). Importéry, exportéry, DNA reparace, živiny (hydrofilní). Jsou konzervované (prokaryota až eukaryota). Skládají se ze 2-4 domén: některé se označují NBD (nuckotide binding domain) a jsou schopné navázat ATP, jiné jsou označovány TMD (transmembrane domain) a ty představují v typickém případě šest alfa-helixů procházejících přes membránu. Různé ABC transportéry jsou schopné přenášet přes membránu sacharidy, AK, lipidy, ionty, peptidy i proteiny, toxiny a léky včetně antibiotik a další. Některé fungují jako fosfolipidové flipázy. Poškozením ABC transportéru chloridových aniontů (tzv. genu CFTR) ale např. vzniká závažné genetické onemocnění cystická fibróza.

CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) – apikální, membrána, Cl gradient, ostatní iontové kanály, hydratace sekrecí exkrecí Cl a inhibicí absorpce Na, respirační trakt pankreas, žlučový systém, střevo, mužské genitálie. Mutace způsobuje cystickou fibrózu.

Skupinová translokace – do skupiny transportních mechanismů, které označujeme jako skupinová translokace, patří ty pochody, při nichž je transportovaný substrát chemicky měněn. Enzymy, katalyzující změnu jsou penetrující proteiny, které se na jedné straně membrány váží se substrátem a na druhé straně membrány uvolňují produkt, enzymová reakce má tedy vektorový charakter. Jako energii nutnou pro tuto translokaci se využívá energie, která se uvolňuje při vlastní katalyzované reakci. Transport disacharidů ve sliznici tenkého střeva uskutečňuje dimerní enzym, který katalyzuje hydrolýzu disacharidů na monosacharidy za současné translokace monosacharidů na druhou stranu plazmatické membrány. Složitější je tzv. fosfotransferázový systém u baktérií, který přenáší do buňky cukry proti koncentračnímu spádu. Cukry jsou zde fosforylovány a současně přenášeny systémem čtyř oligomerních membránových proteinů za účasti fosfoenolpyruvátu a hořčíkových iontů.