Iontové pumpy

Z WikiSkript

Iontové pumpy jsou penetrující integrální proteiny v buněčné membráně:

  • obsahují enzym ATPázu;
  • zprostředkují aktivní transport látek.

Aktivní transport

Vytváří koncentrační gradient.[1]

I – uniport, II – symport, III – antiport
Existují 2 typy aktivního transportu
  1. Primární aktivní transport:
    • Slouží pro přenos látek proti jejich gradientu, spotřebována energie z ATP, nebo jiné vysoko energetické fosfátové vazby (kreatinfosfát CP – ve svalu; deriváty pyrimidinových a purinových bází – guanosintrifosfát GTP, cytidintrifosfát CTP…).
    • Mezi látky přenášené tímto způsobem patří sodné, draselné, vápenné, vodíkové a další ionty.
  2. Sekundární aktivní transport:
    • Spojuje pohyb několika molekul:
      1. kotransport – přenáší dvě nebo více molekul stejným směrem = symport;
      2. opačný (counter) transport – přenáší molekuly opačným směrem = antiport.
    • Další možností je, že gradient vzniklý přenosem jedné molekuly umožní přenos jiné molekuly proti jejímu gradientu. (Např. transport Na+-K+-ATPázou vytváří silný gradient Na+, který umožňuje sekundární aktivní transport mnohých molekul, např. glukózy.)

Typy pump

Sodno-draselná pumpa

Sodno-draselná pumpa (také Na+/K+-ATPáza, Na+-K+-ATPáza, sodíko-draselná pumpa atp.) je nejrozšířenějším typem aktivního přenašeče. Nachází se v buněčné membráně většiny buněk lidského těla.

Funkce

Přenos iontů probíhá proti koncentračnímu gradientu. Pumpa pracuje elektrogenně, protože přenáší 3 Na+ proti 2 K+, čímž udržuje nerovnoměrné rozložení sodíku a draslíku po obou stranách buněčné membrány. Tato skutečnost má zásadní význam pro vznik a šíření elektrického signálu v nervových a svalových buňkách. Pumpa navíc reguluje objem buňky – bez její funkce by buňky otekly a mohlo by dojít až k jejich prasknutí:

  • Uvnitř buňky jsou makromolekulární látky, které nemohou projít membránou (např. proteiny a jiné organické sloučeniny). Většina z těchto látek má negativní náboj, a proto k sobě přitahují kladné ionty jako Na+ a K+ – to by v nepřítomnosti sodno-draselné pumpy vyvolávalo přesun vody do buňky po osmotickém gradientu. Na+/K+-ATPáza vyčerpává z buňky 3 Na+ ionty a dovnitř čerpá 2 K+ ionty. Membrána je málo permeabilní pro Na+ ionty, které mají tendenci zůstávat vně buňky. Tento mechanismus vede ke ztrátě iontů z buňky a k vyrovnávání osmotických sil, čímž brání zvětšování objemu buňky. Případný otok buňky aktivuje Na+/K+-ATPázu.[2]

Stavba

Pumpa se skládá z dvou podjednotek – alfa a beta. Obě podjednotky jsou látky bílkovinné povahy, které procházejí napříč buněčnou membránou. Alfa podjednotka transportuje ionty a má ATPázovou aktivitu, funkcí beta podjednotky je pravděpodobně kotvit pumpu v buněčné membráně. Na intracelulární straně alfa podjednotky jsou vazebná místa pro Na+ a ATP, na extracelulární straně se nacházejí vazebná místa pro K+.

Schéma funkce sodno-draselné pumpy

Mechanismus transportu

Po navázání 3 Na+ a 2 K+ se aktivuje ATPáza – uvolněná energie z rozštěpení ATP způsobí změnu struktury proteinu a přenos sodných iontů vně buňky a draselných dovnitř buňky.


U nervových buněk může být až 70 % jejich energie spotřebována touto pumpou.


Kalciová pumpa

V normální situaci jsou vápenaté ionty vně buňky v asi 10 000 × koncentraci, tato hladina uvnitř buňky je zajištěna kalciovými pumpami na dvou místech:

  1. na buněčné membráně – transportuje vápenaté kationy ven z buňky;
  2. na membránách buněčných organel (mitochondrie a sarkoplazmatické retikulum) ve svalové tkáni – transportuje Ca2+ kationty do organel (tyto organely jsou poté významným zdrojem Ca2+ kationtů pro činnost svalů).
  • Pracuje na stejném principu jako Na-K pumpa, má receptor pro Ca2+ a místo aktivní ATPázy.

Vodíková/Protonová pumpa

Důležitou funkci vykonává zejména:

  • V žaludečních žlázách:
    • Zde jsou pumpy nejaktivnější v celém těle, díky nim je do žaludku vylučována HCl a to tak, že na sekrečním konci parietálních buněk v žaludečních žlázkách je koncentrace H+ díky těmto pumpám zvýšena asi milionkrát a poté jsou tyto ionty uvolněny do žaludku společně s chloridovými anionty – vytvoření HCl.
  • V distálních tubulech a korových sběrných kanálcích ledvin:
    • Přebytečné vodíkové kationty jsou z krve transportovány do lumen kanálku (do moči) – tímto také udržují acidobazickou rovnováhu organismu (okyselují moč).

Poznámky

  1. Jinými slovy, aktivní transport probíhá ve směru gradientu. (Vektor gradientu směřuje do místa s vyšší koncentrací, tj. jak koncentrace graduje.) Rozšířený omyl tvrdící opak pramení ze záměny pojmů koncentrační gradient a koncentrační spád – oba míří proti sobě. Jistější je proto tvrdit, že aktivní transport probíhá proti směru koncentračního spádu – to většina lidí chápe intuitivně správně, na rozdíl od pojmu gradient, což je fyzikální termín definovaný na základě parciálních derivací v prostoru – operátorem nabla [math]\nabla[/math]. Viz gradient. Aktivní transport míří proti pasivnímu transportu, působeného difuzí, která právě probíhá proti směru gradientu (to je to znaménko minus ve Fickově zákoně).
  2. E. HALL, John. Textbook of Medical Physiology. 12. vydání. Saunders, 2010. 1120 s. ISBN 978-1-4160-4574-8.

Odkazy

Použité zdroje

  • KONRÁDOVÁ, Václava, et al. Funkční histologie. 2. vydání. H + H, 2000. 291 s. ISBN 978-80-86022-80-2.
  • HALL, J.E a A.C GUYTON. Textbook of Medical Physiology. 12. vydání. Philadelphia : Saunders Elsevier, 2011. ISBN 978-1-4160-4574-8.