Membránový transport

Membránový transport je termín používaný vo fyziológii a molekulárnej biológii a označuje súbor mechanizmov umožňujúcich prestup látok cez plazmatickú membránu. Bunková membrána je polopriepustná (semipermeabilná) – prenikať do bunky (alebo jej organel) alebo z nej unikať tak môžu len niektoré látky, pričom tento prestup je až na malé výnimky riadený.

Najvýznamnejšou hodnotou membránového transportu je gradient, ktorý môže byť koncentračný (na jednej strane membrány je látka vo vyššej koncentrácii ako na druhej) alebo elektrický. Transport látok v smere gradientu sa označuje ako pasívny a nevyžaduje energiu, transport proti smeru gradientu je aktívny a energiu vyžaduje (vo forme štiepenia ATP).

Rozdelenie transportných mechanizmov

A. Jednoduchá difúzia

B. Sprostredkovaný transport

• pasívny
  • iónové kanály
  • facilitovaná difúzia
• aktívny
  • primárne aktívny
  • sekundárne aktívny

Jednoduchá difúzia

Takýmto spôsobom prenikajú do a z bunky prakticky voľne látky rozpustné v tukoch, pre ktoré nie je dvojvrstvová fosfolipidová membrána prekážkou. Okrem týchto látok do cez membránu difúziou prenikajú malé molekuly ako CO₂, kyslík a niekedy voda.

Difúzia prebieha v smere gradientu a jej rýchlosť ovplyvňuje veľkosť resp.strmosť gradientu, teplota, plocha a priepustnosť membrány pre danú látku.

Sprostredkovaný transport

Pasívny

Tento spôsob transportu je pasívny a nespotrebúva energiu.

Iónové kanály

Hlavné spôsoby prenosu signálov v bunkách

Iónový kanál je transmembránový proteín, ktorého štruktúra tvorí v plazmatickej membráne tunel. Týmto tunelom môžu do alebo z bunky difundovať ióny v smere elektrochemického gradientu. Iónový kanál je dynamická štruktúra, ktorej priepustnosť sa môže s vysokou frekvenciou meniť. Podľa spôsobu riadenia ich priepustnosti sa rozdeľujú na 5 skupín:

• trvalo otvorené iónové kanály – zabezpečujú obojsmernú priepustnosť pre ióny a malé molekuly; kanály pre vodu sa označujú ako akvaporíny
• iónové kanály riadené napätím – priepustnosť ovplyvňuje zmena elektrického potenciálu bunkovej membrány (typicky Ca²⁺, K⁺ a Na⁺ kanály)
• iónové kanály riadené chemicky – kanály, ktoré reagujú na signálové molekuly (ligandy, mediátory); môžu byť:
  • ionotropné – s priamou väzbou na receptor, rýchly (najmä receptory pre excitačné aminokyseliny)
  • s nepriamou väzbou – cez tzv. „druhého posla“; cesta je signálová molekula + samostatný receptor + prevodná látka (najčastejšie G-proteín) + efektor → vzniká „druhý posol“ (napr. cAMP) + kanál a jeho zmena stavu
• iónové kanály riadené napätím aj chemicky
• iónové kanály riadené mechanicky – sú hlavne súčasťou mechanoreceptorov a viazané na cytoskelet (sú napríklad v receptoroch vnútorného ucha)

Facilitovaná difúzia

Facilitovaná difúzia je spôsob transportu, ktorý využíva transportné proteíny plazmatickej membrány. Molekula sa na proteín naviaže, čo spôsobí zmenu jeho tvaru a presun molekuly na opačnú stranu membrány. Tento prenos je podstatne rýchlejší ako jednoduchá difúzia, pričom rýchlosť závisí na:

• strmosti elektrochemického gradientu
• transportnej rýchlosti konkrétneho typu transportného proteínu (ktorá nezávisí len od jeho štruktúry ale i od okolitého prostredia – napr. pH)
• počte transportných proteínov v plazmatickej membráne (naň majú vplyv napríklad niektoré hormóny)

Aktívny

Na svoje fungovanie spotrebúva energiu vo forme štiepenia ATP. Typickým a najrozšírenejším príkladom je Na⁺-K⁺ pumpa, ktorá sa vyskytuje v membránach prakticky všetkých buniek a ktorá udržuje stabilný pomer koncentrácií týchto iónov v bunke a mimo nej. Transportuje Na⁺ von z bunky a K⁺ do bunky a spotrebúva jednu až dve tretiny energie bunky. Transportný proteín má ATP-ázovú aktivitu, štiepi ATP na ADP a fosfát na následne uvoľnená energia stačí na prenos 3 Na⁺ von a 2 K⁺ do bunky. Rýchlosť transportu ovplyvňuje pri dostatku energie iba rýchlosť samotného transportného proteínu a jeho počet na membráne.

Primárne aktívny

Primárne aktívny transport prebieha proti smeru elektrochemického gradientu a vyžaduje preto energiu.

Sekundárne aktívny

Tento systém pre svoje fungovanie nepotrebuje energiu priamo a je preto de facto pasívny. Pracuje však vždy v spojení s iným systémom, ktorý energiu spotrebúva. Ak tieto systémy transportujú dve látky rovnakým smerom, označuje sa ako symport, ak každá smeruje na opačnú stranu membrány, antiport.

Pozri aj

Chemický portál Biologický portál

• G-proteíny
• akvaporíny

Zdroje

• KITTNAR, Otomar a kol. Lékařská fyziologie. Praha : Grada, 2011. ISBN 978-80-247-3068-4. (po česky)
• PETROVICKÝ, Pavel. Klinická neuroanatomie CNS. Praha : Triton, 2008. ISBN 978-80-7387-039-3. Kapitola Funkční vlastnosti nervové bunky, s. 43 – 53. (česky)