ΚΛΙΝΙΚΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Αναστολή αντλίας πρωτονίων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ
Περιγραφή της περίπτωσης Άνδρας 43 ετών εισάγεται σε κλινική λόγω επιγαστραλγίας. Μετά από έλεγχο ετέθη η διάγνωση του πεπτικού έλκους. Στον ασθενή χορηγήθηκε αγωγή με φάρμακα που αναστέλλουν την «αντλία πρωτονίων» του στομάχου.
ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Τι είναι η αντλία πρωτονίων που αναφέρεται παραπάνω; Ποιον τύπο μεταφοράς αναστέλλουν τα παραπάνω φάρμακα μέσω της κυτταρικής μεμβράνης; Ποιοι είναι οι υπόλοιποι τύποι μεταφοράς μέσω της κυτταρικής μεμβράνης;
ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Αντλία πρωτονίων: Αντλία Η + -Κ + -ΑΤΡάση. Τύπος κυτταρικής μεταφοράς: Πρωτογενής ενεργός μεταφορά. Άλλοι τύποι μεταφοράς: Απλή διάχυση, περιορισμένη διάχυση, διευκολυνόμενη διάχυση, δευτερογενής ενεργός μεταφορά (συμμεταφορά και αντιμεταφορά).
ΚΛΙΝΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ (1) Η νόσος του πεπτικού έλκους είναι μία από τις συνηθέστερες παθήσεις με τις οποίες έρχεται αντιμέτωπος ο γενικός ιατρός. Οι ασθενείς συνήθως διαμαρτύρονται για άλγος, καυστικού χαρακτήρα, στο μεσογάστριο που επιδεινώνεται μερικές ώρες μετά το γεύμα και ανακουφίζεται με τη λήψη τροφής ή αντιόξινων φαρμάκων. Ορισμένοι ασθενείς με πεπτικό έλκος παρουσιάζουν αιμορραγία από το ανώτερο πεπτικό. Προδιαθεσικοί παράγοντες της νόσου του πεπτικού έλκους αποτελούν το αλκοόλ, τα μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα, ο καπνός και το στρες (σήψη, τραύμα).
ΚΛΙΝΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ (2) Έχει δειχθεί ότι η λοίμωξη από το ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού έχει σημαντικό ρόλο στην πρόκληση του έλκους και γι' αυτό επί απομονώσεως του πρέπει να θεραπεύεται. Επίσης σημαντικός για τη θεραπεία των ασθενών με νόσο του πεπτικού έλκους είναι ο έλεγχος της οξύτητας του στομάχου. Η ομεπραζόλη είναι φάρμακο που ανήκει στην κατηγορία αυτή, καθώς αναστέλλει την αντλία Η + -Κ + -ΑΤΡάση στα τοιχωματικά κύτταρα του στομάχου.
ΚΛΙΝΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ (3) Η αναστολή της αντλίας πρωτονίων δεν επιτρέπει τη μεταφορά των Η + στον αυλό του στομάχου έναντι του ηλεκτροχημικού πρανούς. Η παραπάνω μείωση της οξύτητας του στομάχου ανακουφίζει τους ασθενείς από τα συμπτώματα που οφείλονται στην παρουσία κατεστραμμένου γαστρικού βλεννογόνου. Θεραπεία για έξι (6) έως οκτώ (8) εβδομάδες αρκεί για την επαρκή επούλωση του πεπτικού έλκους.
ΣΚΟΠΟΣ Η γνώση των συστατικών και της δομής της κυτταρικής μεμβράνης (λιπιδική διπλοστιβάδα). Η κατανόηση των διαφορετικών τύπων μεταφοράς κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης, με αντίστοιχα παραδείγματα. Η κατανόηση του μηχανισμού της διάχυσης και της εξισορρόπησης των δυναμικών.
Molecular models of several membrane transport proteins
ιάχυση Αρκετά μόρια κινούνται εκατέρωθεν της μεμβράνης λόγω διαφοράς στη συγκέντρωσή τους εντός και εκτός του κυττάρου. Η παραπάνω κίνηση ονομάζεται διάχυση. Η δύναμη που επάγει τη διάχυση οφείλεται στην κίνηση των μορίων και στη μεγαλύτερη απώθησή τους στις περιοχές με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση. Ο ρυθμός της κίνησης (J) περιγράφεται από την ακόλουθη εξίσωση: J=P C όπου Ρ εκφράζει τη σταθερά διαπερατότητας της μεμβράνης και C τη διαφορά συγκέντρωσης κατά μήκος της μεμβράνης.
Περιορισμένη διάχυση Για τις περισσότερες υδατοδιαλυτές ουσίες που διέρχονται τη μεμβράνη, η μεταφορά τους εξαρτάται τόσο από τη συγκέντρωση όσο και το υδρικό τους μέγεθος. Η διάχυση αυτή ονομάζεται περιορισμένη διάχυση και πραγματοποιείται μέσω πρωτεϊνικών πόρων ή διαύλων της μεμβράνης.
Στην περίπτωση που η διαλυμένη ουσία είναι πολωμένη (π.χ., ιόντα όπως το νάτριο και το χλώριο), ο ρυθμός διάχυσης εξαρτάται από το ηλεκτροχημικό πρανές, που εκφράζει τη διαφορά μεταξύ του πραγματικού μεμβρανικού δυναμικού και της εξίσωσης δυναμικού (Ε) για οποιαδήποτε ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια συγκέντρωση. Το Ε, σε millivolts, υπολογίζεται βάσει της εξίσωσης Νernst: E = [60/z]logCo/Ci όπου z είναι το σθένος του διαλύτη και Co και Ci οι συγκεντρώσεις του στην εξωτερική και εσωτερική πλευρά της μεμβράνης, αντίστοιχα. Το μεμβρανικό δυναμικό (V) μπορεί να μετρηθεί, ενώ ο ρυθμός διάχυσης (J) υπολογίζεται από τη σχέση: J= G(V-Ε) όπου το G εκφράζει την αγωγιμότητα της μεμβράνης για το ιόν. Όταν το V είναι ίσο με το Ε, δεν παρατηρείται καθαρή κίνηση του ιόντος στην περίπτωση που οφείλεται στην παθητική διάχυση. Ωστόσο, μεταβολές στις συγκεντρώσεις ή/και στο V θα οδηγήσουν σε διάχυση μέχρι να εγκατασταθεί μια νέα ηλεκτροχημική ισορροπία.
ιευκολυνόμενη διάχυση Η διάχυση μεγαλύτερων υδατοδιαλυτών ουσιών όπως είναι η γλυκόζη εξαρτάται όχι μόνο από το μέγεθος αλλά και από τη δομή τους. Ο παραπάνω τύπος διάχυσης ονομάζεται διευκολυνόμενη διάχυση και απαιτεί την παρουσία ειδικών πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταφορείς. Η διευκολυνόμενη διάχυση διαφέρει της περιοριστικής, καθώς παρουσιάζει υψηλό βαθμό δομικής ειδικότητας, και υφίσταται κορεσμό στην κινητική, καθώς ο ρυθμός διάχυσης μεγιστοποιείται όταν αυξάνει η κλίση συγκέντρωσης
Ενεργός μεταφορά Αν και η διάχυση μπορεί να υπολογιστεί από την κίνηση πολλών διαλυμένων ουσιών κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης, υπάρχουν διαλυμένες ουσίες που μεταφέρονται αντίρροπα του χημικού ή ηλεκτροχημικού τους πρανούς. Αυτός ο τύπος μεταφοράς απαιτεί την κατανάλωση ενέργειας και ονομάζεται ενεργός μεταφορά. Η ενεργός μεταφορά πραγματοποιείται μέσω πολύπλοκων πρωτεϊνών που είναι εμβαπτισμένες στη μεμβράνη και χρησιμοποιούν την τριφωσφωρική αδενοσίνη (ΑΤΡ) για να προκαλέσουν δομικές αλλαγές που οδηγούν στη μεταφορά του διαλύτη από μια χαμηλότερη χημική/ηλεκτροχημική συγκέντρωση προς μια υψηλότερη. Στην περίπτωση όπου το πρωτεϊνικό σύμπλοκο που συμμετέχει στη μεταφορά ενέχεται και στη διάσπαση του ΑΤΡ, η μεταφορά ονομάζεται πρωτογενής ενεργός μεταφορά.
ευτερογενής ενεργητική μεταφορά Σε πολλά κύτταρα, όπως είναι ορισμένα επιθηλιακά, η ενεργός μεταφορά δεν οφείλεται στη δράση της ΑΤΡάσης. Αντίθετα, η ικανότητα του μεταφορέα για τη μετατόπιση μιας διαλυμένης ουσίας έναντι ενός χημικού ή ηλεκτροχημικού πρανούς συνδέεται με τη μεταφορά μιας δεύτερης διαλυμένης ουσίας, συνήθως του νατρίου, ομόρροπα της ηλεκτροχημικής του κλίσης. Η κλίση νατρίου, με τη σειρά της, διατηρείται μέσω της «αντλίας νατρίου». Η σύζευξη μπορεί να είναι τέτοια ώστε η είσοδος του νατρίου να διασφαλίζει την είσοδο της διαλυμένης ουσίας έναντι της κλίσης συγκέντρωσής της.
Συμμεταφορά, Αντιμεταφορά Παράδειγμα τέτοιας συμμεταφοράς αποτελεί ο τρόπος απορρόφησης της γλυκόζης από τα κύτταρα του εντέρου και του επιθηλίου των εγγύς σωληναρίων των νεφρών. Αντίθετα, η είσοδος νατρίου προκαλεί την έξοδο άλλων διαλυτών. Αυτή η αντιμεταφορά ευθύνεται για την απομάκρυνση του ασβεστίου από τα μυοκαρδιακά κύτταρα
Examples of several membrane transporters illustrating primary active, passive, and secondary active transport