Iontové pumpy

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

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.
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.)

Další informace naleznete v samostatném článku.

Typy pump

Sodno-draselná pumpa

[ ✎ upravit vložený článek ]

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

Čerpá sodík z intracelulárního prostoru do extracelulárního.
Čerpá draslík z extracelulárního prostoru do intracelulárního.

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:

na buněčné membráně – transportuje vápenaté kationy ven z buňky;
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

↑ 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 $\nabla$ . Viz gradient. Aktivní transport míří proti pasivnímu transportu, působeného difuzí, která právě probíhá proti směru gradientu (to je to znaménko minus ve Fickově zákoně).
↑ 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.

BALOUNOVÁ, Z. Fyziologie rostlin [online]. [cit. 2010-11-16]. <http://kbd2.zf.jcu.cz/text/lidi/balounova/fros/FYZR0712.ppt>.

ALBERTS, B, et al. Molecular Biology of the Cell [online] . 4. vydání. New York : Garland Science, 2002. Dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26896/>. ISBN 0-8153-3218-1.

[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 $\nabla$ . 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.

[1]

[2]