Sekundární aktivní transport v nefronu Secondary active transport in the nephron

V posledním videu o nefronu jsme mluvili o různých částech nefronu a o molekulách, které jsou znovu vstřebávány různými částmi nefronu. Jestli si vzpomínáte, v stočeném kanálku prvního řádu jsme mluvili o glukóze a aminokyselinách a o sodíku, který je reabsorbován. Mluvili jsme o stoupající části Henleho smyčky. Mluvili jsme o solích, že sodík, draslík a chlor jsou reabsorbovány. Ve stočeném kanálku druhého řádu to byl vápník a další věci. Ale nakonec mě napadlo, když jsem se to poprvé učil, řekl jsem si, jak se to děje? Jak aktivně vypumpujeme tyto věci, hlavně proti jejich koncentračním gradientům? Co chci dokázat v tomto videu, je dostat se trochu více do hloubky, co se přesně děje na rozhraních těchto kanálků, aby se skutečně tyto ionty selektivně transpontovaly pryč z lumen nebo z vnitřku těchto kanálků, anebo aby se reabsorbovaly z filtrátu. Tento mechanismus je vlastně docela podobný v různých částech nefronu, ale pojďme se podívat na každou z těchto částí, protože každá z nich reabsorbuje různé části molekul. Neprojdu je všechny, jen vám to chci co nejvíc objasnit. Pojďme začít s kanálkem prvního řádu. Řekněme, že si přiblížíme přímo tady tu část takže nakreslím vnitřek nefronu. Vnitřek nefronu vypadá asi nějak takhle. Takže takto vypadá uvnitř. A filtrát je přímo tady. No vlastně, nakreslím to trochu jinak. Ten vnitřek nakreslím spíš takhle, protože kanálek prvního řádu má takové věci, které vyčuhují ven, někdy označované jako kartáčový lem (mikroklky). Takže ten vnitřek zde je naše lumen (dutý prostor orgánů/organel). Tohle je lumen. Tady je ten filtrát (ultrafiltrát). Glomerulární filtrát jde tímto směrem. Takto si představte vnitřek nefronu. A pak lem kanálku je vytvořen shlukem buněk. Takže tohle je třeba jedna buňka tady, tady je další buňka a tady je další. Očividně je tohle průřez. Ve skutečnosti mají tvar válce. Jen tak pro představu. Tady je další buňka a tohle je jejich bazální konec... A když řekneme bazální, myslíme tím základnu buňky. Tohle jsou dobrá slova k zapamatování, učená slova. Takže konec buněk, který je na straně lumen, či vnitřku našeho kanálku, se nazývá apikální konec. Apikální... Tato strana buněk se normálně nazývá bazolaterální strana nebo také membrána, záleží jak to vnímáte. Tohle by byla bazolaterální membrána. Tohle platí bez ohledu na to, v jaké části nefronu jsme, jestli v proximální nebo někde v Henleho kličce nebo někde v jeho distální části. Co máme zde a na dalších částech těchto buněk, jsou peritubulární kapiláry. To je další super slovo. Peritubulární kapiláry budou vypadat nějak takto. Jsou to vlastně taky buňky. Možná místo malování těch buněk to radši namaluju jako trubici. Namaluju to nějak takhle. Jsou porézní. Tudy teče krev. Tady je krev. Nebudu dělat přílišné detaily na buňkách kapilárních stěn. Jen chci, abyste si udělali představu, jak je to všechno přenášeno z lumen, jak probíhá selektivní reabsorbce. Takže... Takže tohle je peritubulární kapilára. A ještě jednou, super učené slovo, ale "peri" znamená "okolo". Takže se nachází okolo kanálku. Tyto kapiláry jdou okolo kanálků. Kdybych to překreslil tady na ten obrázek, viděli bychom všude okolo kanálků kapiláry. Takže když se něco vylučuje nebo vstřebává z nefronů, jde to do těchto kapilár. Takže tohle je membrána stočeného kanálku prvního řádu Pojďme se podívat, co se stane s glukózou. Na basolaterální straně buněk máme sodno-draselné pumpy Sodno-draselná pumpa. Jednu nakreslím sem. Možná byste se chtěli podívat na video přímo o sodno-draselných pumpách. Mám jedno video jenom o tomhle. Jde o to, že sodík se připojí na vnitřní stranu tady, ATP projde okolo. Když se ATP připojí na správné místo na tomto proteinu, změní se jeho tvar, jeho struktura, a pak se ten protein uzavře na této straně a otevře na této straně a když nabyde tohoto tvaru, sodíku se přestane líbit být na něj navázaný, a tak projde ven, přestoupí basolaterální membránu a nakonec najde svou cestu ven do krve. Ale přeci jen je to sodno-draselná pumpa. Takže když je v tomto otevřeném stavu, nakreslím to sem, draslík se na tu pumpu rád naváže. Takže draslík se naváže. Třeba někde tady. Tohle je hrubé zjednodušení. Tohle způsobí, že protein změní svou strukturu. Zde není ATP potřeba, takže se vrací do původního stavu, což už se draslíku nelíbí, takže je vypuštěn, protože ten protein teď má jiný tvar. Takže hlavní myšlenka: Sodík se naváže. ATP se naváže. ATP ztratí jeden fofát, tím změní tvar proteinu. Teď chce být sodík uvolněn a draslík se chce navázat. Jakmile se draslík připojí, dostaneme se do původního stavu. Výstupem je sodík, který je vypumpován pryč z buňky a zůstane nám draslík, který je pumpován dovnitř buňky, a tohle je aktivní transport. Proč je to aktivní transport? Protože používáme ATP, aby se sodíku dostal proti svému koncentračnímu gradientu, aby se sodík stále vypumpovával ven z buňky. A draslík se tak nějak dostane dovnitř, můžete si to skoro představit, pasivně. ATP není potřeba. A proto se tomuto často říká sodno-draselná ATPáza, což znamená, že je to protein nebo enzym, který štěpí ATP. Energii získanou štěpením ATP používá na to, aby změnil svůj tvar a vypumpoval sodík ven a draslík dovnitř. No, nicméně, tohle je jen shrnutí toho, co jsme se naučili v těchto videích, ale jak nám to pomůže, například, dostat glukózu ven z lumenu? Na to existují další proteiny. Jako příklad si vezmeme glukózu. Řekněme, že tady máme protein. Tohle je velmi obecný termín. Tohle je kotransportér nebo symportér. Kotransportér... nebo symportér. Symportér znamená, že přepravuje dvě různé molekuly ve stejném směru. Kotransport znamená, že jedna molekula prochází skrz, díky svému koncentračnímu gradientu, a další molekula toho využije a projde s ní. Takže pokud aktivně vypumpováváme sodík tady na basolaterální straně, tak pak tady budeme mít nízkou koncentraci sodíku. Nízkou koncentraci sodíku. Čím více ho vypumpujeme, tím nižší bude jeho koncentrace, až bude nižší než koncentrace sodíku v lumen. Takže koncentrační gradient sodíku... Kdyby tady nebyla žádná membrána, sodík by tudy přešel, aby doplnil ty ztráty sodíku zde. Sodík by to byl přešel, kdyby tu nebyla žádná bariéra. Tyto buňky využívají toho, že sodík chce snížit svůj koncentrační gradient, který se vytvořil aktivním transportem. Využívají energie sodíku snižujícího svůj koncentrační gradient k tomu, aby se zároveň s ním transportovala třeba glukóza. Pokud byste se to měli představit, představit si protein, který je na apikální membráně tady. Zkusím nakreslit velký protein, který vypadá nějak takhle. Tohle je jen pro získání nějaké představy. Když máte více sodíku na této straně než na této straně, takže sodík by se mnohem radši navázal zde. A glukóza se naváže třeba tady. Tohle je jen zjednodušení, ale když se navážou, tento protein změní svůj tvar, aby vypadal spíš takhle, až se spojí a teď se sodík dostane tady a glukóza se dostane tady. Teď jsme v podstatě na vnitřní straně buňky. Když se protein nachází v tomto stavu, sodík a glukóza se už nechtějí vázat na aminokyseliny nebo na cokoli jiného, co je v tomto proteinu, a tak se uvolní. A jakmile se uvolní, protein změní svůj tvar zpět na tohle, a tento cyklus může začít znova. Ale to jen v tom případě, že na této straně je o tolik více sodíku, až to dospěje do takového bodu, že nastartuje průběh této reakce. Takže sodík jde podél svého koncentračního gradientu. Bere s sebou glukózu. Čímž logicky koncentrace glukózy stoupne tady, a pak pokud je toto pro glukózu propustné, tak aby mohla projít skrz, tak glukóza nakonec, pokud jí bude dostatek, projde do krve po svém koncentračním gradientu. A přesně tento typ procesu probíhá, možná ne vždy s glukózou, skrz na srkz celým nefronem. Pokud půjdeme do Henleovy kličky, do její stoupající části sem, kde se snažíme dostat soli ven... Stejný princip. Nakreslíme si to. Takže řekněme, že tohle je lumen. Tohle je buňka, která vytváří stěnu lumen. Nacházíme se teď v Henleově kličce a tady venku máme sodno-draselnou pumpu. Sodík je pumpován ven. Draslík je pumpován dovnitř, ale ve skutečnosti jsou draselné kanály propustné pro draslík v obou směrech. Takže, co se děje s draslíkem není tak důležité. Ale koncentrace sodíku je opět nízká. Takže tady máme symportéry, stejně jako u glukózy, sodík chce vstoupit, a stejně jako v případě s glukózou, ale teď se transportují chloridové a draselné ionty. Takto se využívá sodíkového koncentračního gradientu. Budeme mít draslík a budeme mít chloridové ionty. A ve skutečnosti tento symportér se nazývá sodno-draselno-chloridový kotransportér je to vlastně druhý typ, který se nachází ve vzestupném raménku Henleovy kličky. Takže nakonec skončíte s velkým množstvím chloru zde, s draslíkem z obou směrů, ale dokud je tato strana pro chlór dostatečně propustná, a pokud jeho koncentrace vzroste dostatečně vysoko tak si chlór najde cestu ven a společně se sodíkem napomůže tomu, aby byla dřeň mohem slanější. To stejné se děje ve stočeném kanálku druhého řádu. Zde, s vápníkem. Je to trošku odlišné. Takže, pokud jsme ve stočeném kanálku druhého řádu... Ty kartáčové lemy se nacházely jen ve stočeném kanálku prvního řádu. Ještě doplním, to, když využíváme koncentrační gradient, který je řízen nějakým typem aktivního transportu, k tomu, aby byly přečerpávány další molekuly či ionty se jmenuje sekundární aktivní transport. Sekundární aktivní transport. Je to dobré vědět. Už jen dokončeme stočený kanálek druhého řádu. Takže tohle byl lumen. Buňky na obou stranách. Myslím, že máte představu. Tohle je peritubulární kapilára, tady. Tohle je krev. Znovu pumpujeme sodík ven. Sodno-draselnou pumpou. A draslík pumpujeme dovnitř. Takže skončíte s velkým množstvím sodíku zde. Apikální membrána, která čelí lumen, je propustná pro vápník. Ať už je zde jakákoli koncentrace vápníku, bude tady. Takže máte třeba vápník. Tohle jsou vápenaté ionty, které si tu jen tak plavou. A přímo tady se nachází antiport. Takže koncentrace sodíku v krvi bude vyšší, protože jej neustále vypumpováváme pryč. A tak se sodík, pokud ho necháte jít po svém koncentračním gradientu, vrátí zpátky dovnitř. Takže třeba tady máte nějaký sodík, který se po svém koncentračním gradientu vrací zpět, a když jde dovnitř, můžete si to představit jako nějaké točící se dveře, které umožňují vápníku jít ven. Můžete si zkusit představit, jak by to ten protein mohl dělat. Já si to představuji jako otočné dveře. Sodík nutí ty dveře se otočit. Vápník je na druhé straně dveří a je vyplivnut. Toto se nazývá antiport, protože ionty jdou v různých směrech, ale jedná se znovu o sekundární aktivní transport, protože to může fungovat jen, když máme aktivní transport využívající ATP na basolaterální membráně. Každopádně doufám, že to bylo užitečné. Je to podrobnější než jak je normálně vysvětlováno, jak nefron vlastně pumpuje látky z lumen ven do peritubulárních kapilár. Takto nabývám mnohem konkrétnější představu... Opravdu mi to pomáhá si tak nějak osvojit, co nefron vlastně dělá.