Selektivní transport

Selektivní transport můžeme rozdělit na:

1. Pasivní transport
2. Aktivní transport
3. Prostup makromolekul

Na tomto schématu je jako příklad uveden transport látek přes hematoencefalickou bariéru (bariéra mezi krví a nervovou tkání):

Pasivní transport

Probíhá bez spotřeby energie, na základě fyzikálního principu difuze, jen s využitím koncentračního gradientu látky mezi oběma stranami membrány. Bez existence gradientu se pasivní transport zastaví. Rozlišujeme dva základní typy pasivního transportu – prostá a facilitovaná difuze.

Prostá difuze

Jde o přestup látek přes membránu bez pomoci transportních proteinů. Látky musejí projít hydrofobním centrem membrány, a proto je tento typ transportu typický zejména pro:

• malé nepolární molekuly – plyny (CO₂, O₂, …);
• malé polární molekuly – voda, močovina;
• větší nepolární molekuly – MK, cholesterol, vitaminy rozpustné v tucích.

Hydrofilní a větší molekuly (zejména s M_r > 200) procházejí prostou difuzí jen velice pomalu, případně téměř vůbec. Transportu iontů, jejichž molekuly jsou relativně malé, brání především objemný hydratační obal vytvořený molekulami vody.

Facilitovaná (usnadněná) difuze

Jedná se o pasivní transport za pomoci transportních proteinů, na které se přenášená molekula nekovalentně naváže a jejichž prostřednictvím je přenesena na druhou stranu membrány. Facilitovaná difuze probíhá rychleji než prostá a může být spojena s transportem jiné látky v protisměru – tzv. antiport, např. ATP za ADP, Cl^-za HCO₃^-). Nabízí se i možnost transportu přes tunelovou bílkovinu procházející skrz celou tloušťku membrány. Při přenosu dochází ke změně její konformace. Některé kanály mohou být ovládány na základě změn membránového potenciálu (napěťově-ovládané kanály).

Kinetika difuze

Kinetika prosté a facilitované difuze se liší. U difuze prosté dochází k lineárnímu nárůstu rychlosti difuze při zvyšování koncentrace přenášené látky. Přenašečové proteiny facilitované difuze mají ale kapacitu omezenou (je dána jejich celkovým počtem v membráně) a při vysokých koncentracích látky se rychlost difuze zpomaluje, až se ustálí na maximální rychlosti, při níž jsou přenašečové proteiny plně saturovány.

GLUT 2

GLUT přenašeče

K nejvýznamnějším příkladům facilitované difuze patří transport glukózy prostřednictvím GLUT přenašečů (Glucose transporters). Kontinuální existenci koncentračního gradientu pro glukózu zabezpečuje její intracelulární přeměna na glukóza-6-fosfát a její následné využití v metabolických drahách. Celkově existuje až sedm typů GLUT přenašečů. Blíže se zmíníme jen o některých z nich:

1. GLUT 1 a 3 slouží k udržení bazálního vychytávání glukózy tkáněmi, jejichž metabolismus je na glukóze závislý, např. mozek, erytrocyty, ale také ledviny a placenta.
2. GLUT 2 lokalizovaný na membráně β-buněk pankreatu a hepatocytů umožňuje také přestup glukózy z resorpčních epitelů (proximální tubulus ledvin, enterocyty střeva) do krve.
3. GLUT 4 je transportérem glukózy v tzv. inzulin-dependentních tkáních (kosterní sval, myokard a tuková tkáň). Jeho vystavení na membráně je totiž podmíněno přítomností vyšších hladin inzulinu v krvi. K tomu dochází zejména po jídle, kdy jsou zmíněné tkáně zodpovědné za metabolismus až 80 % glukózy z krve. V období mezi jídly ji naopak neresorbují a šetří ji pro tkáně na ní závislé.

Aktivní transport

Může probíhat i proti koncentračnímu a elektrochemickému gradientu. Transport je v tomto případě spřažen s hydrolýzou ATP → ADP a P_i a uvolněná energie se využije na přenos. Rozlišujeme dva základní druhy aktivního transportu:

1. Primární aktivní transport
2. Sekundární aktivní transport

Na⁺/K⁺-ATPáza – animace

Primární aktivní transport

Energie ATP je využita přímo na přenos příslušné látky přes membránu. Jako příklady nám poslouží Na⁺/K⁺-ATPáza, H⁺/K⁺-ATPáza a Ca²⁺-ATPáza.

Na⁺/K⁺-ATPáza

Sodno-draselná pumpa je tetramer složený ze dvou alfa a dvou beta podjednotek. Alfa podjednotky prostupují celou šíří membrány, intracelulárně mají vazebné místo pro Na⁺ a extracelulárně pro K⁺. Beta podjednotky jsou na rozdíl od nich glykosylované a nejsou transmembránové (jsou otočeny svými oligosacharidovými řetězci směrem do extracelulárního prostoru).

Enzym může být přítomný ve dvou odlišných konformacích podle toho, zda je fosforylován anebo ne. Na⁺/K⁺-ATPáza funguje jako antiport a za spotřeby ATP přenáší 3 kationty Na⁺ směrem ven z buňky výměnou za 2 kationty K⁺ směřující dovnitř buňky. Tímto způsobem vytváří nerovnoměrné rozložení iontů na membráně, které je podkladem klidového membránového potenciálu. Na⁺/K⁺-ATPáza je ubikvitární – nachází se nejspíše na všech buňkách lidského těla.

H⁺/K⁺-ATPáza

Je antiport fungující podobně jako Na⁺/K⁺-ATPáza, je lokalizován v parietálních buňkách žaludku, kde se podílí na tvorbě žaludeční šťávy, a v proximálních tubulech ledvin. Přenáší jeden iont H⁺ směrem ven z cytoplazmy výměnou za jeden iont K⁺.

Ca²⁺-ATPáza

Je vápníková pumpa, která se nejvíce objevuje ve svalových a nervových buňkách. Aktivně přečerpává vápenaté ionty směrem ven z cytoplazmy, a to buď do sarkoplazmatického retikula či extracelulárně. Ve svalech tím umožňuje snížit koncentraci Ca²⁺ na úroveň před kontrakcí.

Sekundární aktivní transport (sekundárně aktivní transport či kotransport)

V tomto případě je energie ATP využita nikoli přímo během přenosu příslušné látky (např. glukózy), ale k přenosu látky jiné (např. sodný kationt), pro kterou tím v buňce vzniká koncentrační nebo elektrochemický gradient. Ten je motorem pro přenos příslušné látky (glukózy) pomocí jejích přenašečů (Sodium Glucose Transporter – SGLT). Přenašeč provádějící sekundární aktivní transport (SGLT) tedy přemisťuje minimálně dvě částice – jednak tu, jež má být přenesena (glukóza), a jednak tu, která tento přenos pohání (Na⁺) – neboli pro kterou je v buňce gradient.

K tomu, aby byl tento gradient zachován, se vyžaduje druhý transportér (např. Na⁺/K⁺-ATPáza), který může být lokalizován i na jiném úseku membrány. Tento druhý transportér je místem, kde se spotřebovává energie (ATP) – proto aktivní transport. V závorkách se uvádí příklad sekundárně aktivního přenosu glukózy poháněného gradientem sodného kationtu skrze Sodium Glucose Transporter, gradient pro Na⁺ vytváří Na⁺/K⁺-ATPáza. Podle směru transportu rozlišujeme symport (obě částice jsou přenášeny stejným směrem – např. do buňky) a antiport (částice jsou přenášeny opačným směrem – jedna do buňky a jedna z buňky). SGLT provádí symport glukózy a Na⁺.

Na obdobném principu funguje i existence terciárního aktivního transportu.

Exocytóza – animace

Prostup makromolekul přes membránu

Může být podle směru:

1. Exocytóza: proces, při kterém makromolekuly buňku opouštějí. Během exocytózy dochází k spojení membrány transportní vesikuly a cytoplazmatické membrány a makromolekuly mohou buď být uvolněny do mezibuněčného prostoru, nebo zůstat součástí povrchu buňky.
2. Endocytóza: proces, při němž jsou makromolekuly buňkou přijímány. Cytoplazmatická membrána invaginuje dovnitř buňky, až se vytvoří transportní vesikula. Podle chemické povahy přenášených molekul se jedná o:
   • Pinocytózu: přenos makromolekul ve formě roztoku. Proces může být neselektivní (místo invaginace na povrchu buňky je nahodilé) anebo selektivní (v místě specifických povrchových receptorů).
   • Fagocytózu: ingesce velkých částic, které buňka nejprve obalí výběžky cytoplazmatické membrány (pseudopodie) a posléze kolem nich vytvoří vakuolu.