Aktivni transport: prenos molekul čez celično membrano z ATP

Pri aktivnem transportu se molekule premikajo preko celične membrane iz nižje koncentracije v višjo. Za to je potrebna energija, pogosto adenozin trifosfat (ATP). Z aktivnim prenosom celice dobijo, kar potrebujejo, na primer ione, glukozo in aminokisline.

Na splošno se molekule premikajo z območja z višjo koncentracijo na območje z nižjo koncentracijo. Da bi molekule prišle v celico proti koncentracijskemu gradientu, je treba opraviti delo. Delo opravijo posebne beljakovine, ki delujejo kot vrata v celični membrani. Uvozi morajo priti skozi vrata: ne morejo priti skozi bilipidno plast celične membrane.

Kako deluje aktivni transport

Aktivni transport temelji na transmembranskih beljakovinah, ki izkoriščajo energijo za premik snovi v nasprotju s koncentracijskim ali električnim gradientom. Pogoste mehanizme vključujejo neposredno hidrolizo ATP (pri čemer beljakovina deluje kot črpalka) in izrabo že obstoječega ionskega gradienta kot energijskega vira.

• ATP-dependen transport (primarni aktivni transport): beljakovine, kot so ATPaze, direktno razgrajujejo ATP, da spremenijo svojo konformacijo in prenesejo ione. Primer je Na+/K+-ATPaza, ki izčrpa 3 Na+ ven in pripelje 2 K+ notri, kar vzdržuje membranski potencial in osmotsko ravnovesje.
• Sintezni/sekundarni aktivni transport: energija za prenos se pridobi iz koncentracijskega gradienta drugega iona (npr. Na+). Simport (ist smer) in antiport (nasprotna smer) sta pogosti oblike; primer je natrijev-glukozni symporter v črevesju in ledvicah, ki s porabo Na+ gradienta prenaša glukozo v celico.

Vrste transportnih beljakovin

Med pomembnejšimi skupinami so:

• P-tip ATPaze: fosforilirajo se med ciklom (npr. Na+/K+-ATPaza, Ca2+-ATPaze).
• V- in F-tip črpalke: pomikajo protone (H+) v vakuole, endosome ali mitohondrijske membrane; F-tip deluje tudi kot ATP sintaza v mitohondrijih ob pretoku H+ navzdol po gradientu.
• ABC transporteri (ATP-binding cassette): prenašajo raznovrstne snovi, vključno z lipidi, metaboliti in zdravili; pomembni pri odpornosti bakterij in tumorskih celic na zdravila.
• Transportni sinport/antiport sistemi: prenašajo snovi v paru z drugimi ioni, ne da bi neposredno porabili ATP.

Pomen za celico in organizem

Aktivni transport je ključnega pomena za:

• ohranjanje ionnih gradientov, ki so nujni za nervno prevajanje, mišične kontrakcije in delovanje srca;
• pridobivanje hranil (npr. glukoza, aminokisline) tudi, kadar so izvencelične koncentracije nizke;
• izločanje odpadnih snovi in toksinov preko ABC transporterjev;
• vzdrževanje volumna celice in pH ravnovesja z odstranjevanjem ali vnašanjem ionov.

Mehanistični poudarki in klinična pomembnost

Delovanje ATP-dependentnih črpalk pogosto vključuje vezavo ATP, fosforilacijo beljakovine in konformacijsko spremembo, ki prenaša ione. Nekateri zdravilni in strupeni vplivi delujejo tako, da zavirajo te črpalke (npr. ouabain in digitalis zavirata Na+/K+-ATPazo). Napake v aktivnem transportu so povezane s številnimi boleznimi: mutacije v ABC transporterjih lahko povzročijo dražljive motnje, slabo delovanje protistonov (npr. pri cystic fibrosis je prizadet kanal CFTR, ki je del superfamilije ABC) pa vpliva na izločanje sluznic in pljučno funkcijo.

Ker je aktivni transport energetsko zahteven, predstavlja velik del porabe ATP v celicah (v možganih in mišicah je delež pogosto zelo visok). Razumevanje teh mehanizmov je pomembno za zdravljenje bolezni, razvoj zdravil in biotehnološke aplikacije, kot je usmerjeno transportiranje zdravil ali izboljšanje absorpcije hranil.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je aktivni transport?

V: Zakaj celice uporabljajo aktivni transport?

V: V katero smer se na splošno gibljejo molekule?

V: Kaj je treba storiti, da molekule pridejo v celico proti koncentracijskemu gradientu?

V: Kje se opravi delo pri aktivnem transportu?

V: Ali lahko uvoz pride skozi bilipidno plast celične membrane?

V: Kaj je pogosto vir energije za aktivni transport?

Išči po črki