3.13 : 能動輸送

能動輸送は、細胞が電気化学的勾配に逆らって溶質を移動できるようにする重要な生物学的プロセスです。このプロセスには直接的なエネルギー入力が必要であり、選択性、飽和性、競合阻害に対する感受性が特徴です。

Na^+、K^+、-ATPase などの一次能動輸送体は、イオンを膜を越えて移動させるために ATP を直接利用します。これらの輸送体は、さまざまな生理学的プロセスで重要な役割を果たします。たとえば、Na^+、K^+、-ATPase は細胞イオンの恒常性を維持し、心不全治療のためのジゴキシンの標的となります。ジゴキシンは心臓細胞内の Na^+/K^+ -ATPase ポンプを阻害するため、細胞内ナトリウムの増加につながります。これにより、心筋のカルシウム利用能が高まり、収縮力が向上するため、心不全の管理に役立ちます。一次能動輸送体の別のグループである ABC ファミリーは、ATP を加水分解して、ホルモンや薬物などの基質を膜を越えて輸送します。ABC ファミリーのメンバーである P 糖タンパク質 (P-gp) は、経口投与された薬物を消化管腔に輸送することで、その吸収を制限します。

SLC スーパーファミリーの一部である二次能動輸送体は、一次能動輸送体 (Na^⁺/K^⁺ ポンプなど) によって確立されている蓄積された電気化学エネルギー (通常は Na+ 勾配) を使用して、膜を越えて溶質を輸送します。対向輸送体である Na^+-Ca^2+ 交換タンパク質 (SLC8) は、Na^+ の内向きの流れを使用して Ca^2+ の外向きの流れを促進し、細胞質の基底 Ca^2+ 濃度を低く維持します。その他の SLC 共輸送体は、駆動力イオンと溶質は同じ方向に動きます。たとえば、Na^+ 勾配によって駆動される CNT1 輸送体は、ピリミジンヌクレオシドと特定の化学療法剤を細胞内に移動させます。DAT、NET、および SERT 共輸送体も、Na^+ と神経伝達物質 (ドーパミン、ノルエピネフリン、セロトニンなど) を同じ方向に移動させます。これらの輸送体は、うつ病治療における中枢神経系活性剤の標的として臨床的に重要です。

要約すると、能動輸送は一次および二次のメカニズムを通じて、細胞機能の維持、薬物輸送、および治療への応用において重要な役割を果たします。