Третично-активный транспорт. Аналогично той ситуации, когда вторично-активный транспорт стимулируется первичным, инициатором тре- тично-активного транспорта является вторичный, например симпортеры Н+/дипептидов (РерТ1 и РерТ2) в апикальной мембране эпителиальных клеток тонкой кишки и проксимальных канальцев (рис. 3.3В).

Акцептируя дипептиды и трипептиды, эти транспортеры могут переносить их в клетку против электрохимического градиента, если градиент только что присоединенного Н+ направлен в клетку. Такой градиент поддерживается вторично-активным Nа+/Н+-антипортером, который содержится в апикальной мембране и, в свою очередь, опосредованно стимулируется Nа+/K+-АТФазой.

Третично-активный транспорт тоже встречается довольно часто (см. Приложение, табл. А1). Особенно разнообразны функции дикарбокси- лат/РАН-антипортера (ОАТ1), который акцептирует многочисленные органические анионы, и Н+/ТЕА-антипортера (ОСТ1), транспортирующего органические катионы.

Коротко

Пассивный и активный транспорт

Градиенты отражают разницу концентрации, электрического потенциала или давления между двумя точками пространства.

Процессы транспорта, обусловленные градиентами, называются пассивными и протекают «сверху вниз», т. е. по направлению к области более низкой концентрации транспортируемого вещества.

Сумма градиентов концентрации и электрического потенциала называется электрохимическим градиентом и служит движущей силой диффузии.

Градиент гидростатического давления составляет движущую силу ультрафильтрации и действует только в эндотелии в связи с его высокой водопроницаемостью.

И наоборот, транспорт, осуществляемый «снизу вверх», называется активным или первично-актив- ным. При активном транспорте ионные насосы, например Nа+/K+-АТФаза, непосредственно используют для перемещения ионов Nа+ и K+ метаболическую энергию гидролиза АТФ. Однако активный транспорт может быть также связан с АТФ опосредованно. В таком случае его называют вторичноили третично-активным транспортом, иначе говоря, сопряженным транспортом (например, Nа+ и другого вещества) с участием симпортера или антипортера.

Cтимулом сопряженного транспорта служит внутриклеточная концентрация ионов Nа+, сниженная в результате первично-активного транспорта. Аналогичным образом вторично-активный транспорт становится пусковым механизмом для третично-ак- тивного транспорта.

3.4. Расположение транспортеров в эпителиальных клетках

Вход Nа+ через натриевые каналы

!Электрогенный вход Nа+ и выход K+ осуществляется через каналы, встроенные в апикальную мембрану клеток дистальных сегментов эпителия.

Nа+/K+-АТФаза всегда находится в базолатеральной мембране. Для клеток большинства эпителиальных тканей характерно определенное расположение транспортеров (гл. 29, 38): Nа+/K+-АТФаза локализуется базолатерально, а другие транспортеры распределены в доменах плазматической мембраны асимметрично. Далее будет рассмотрено типичное местонахождение переносчиков.

Проникновение Nа+ в клетки эпителия дистальных сегментов трубкообразных органов.

В клетки эпителия кишечника, почечных канальцев, потовых и слюнных желез Nа+ входит через эпителиальные Nа+-каналы (ЕNаС) апикальной мембраны (рис. 3.3А). Их избирательный блокатор — диуретик амилорид. В результате входа Nа+ апикальная мембрана деполяризуется. Поскольку мембранный потенциал базолатерального домена не изменился, возникает трансэпителиальная разность потенциалов до –60 мВ, причем отрицательно заряжена поверхность эпителия, обращенная к полости органа. Благодаря этому потенциалу из клеток в полость секретируется K+.

Реабсорбция Nа+ из альвеол в ткань легких.

Отсутствие жидкости в альвеолах необходимо для осуществления газообмена в легких. При этом важна функция ЕNаС, через которые в интерстициальное пространство уходят наиболее распространенные катионы альвеолярной жидкости. Вслед за ними всасываются Сl–, другие растворенные вещества и вода.

Транспорт глюкозы и аминокислот

!Глюкоза и аминокислоты поступают в эпителиальные клетки проксимальных сегментов с помощью симпортеров апикальной мембраны.

Всасывание питательных веществ в виде мономеров. Углеводы всасываются в виде моносахаридов, белки — преимущественно в виде аминокислот или олигопептидов. Транспортеры располагаются главным образом в проксимальных сегментах кишечника и почечных канальцев (рис. 3.3Б).

Моносахариды. Для Nа+ и глюкозы существует два вида переносчиков (см. Приложение, табл. А1).

Переносчики типа SGLT2 начального (извитого) проксимального почечного канальца облада-

ют низким сродством к глюкозе (перенос в соотношении 1 : 1).

Переносчики типа SGLT1 прямого участка проксимального почечного канальца (рars recta)

ив тонкой кишке имеют более высокое сродство к глюкозе (перенос в соотношении 2 : 1)

имогут работать при очень низкой ее концентрации в полости органа. Наряду с глюкозой переносчик SGLT1 акцептирует галактозу.

Фруктозу переносит через апикальную мем-

брану только унипортер GLUT5. Выход глюкозы, фруктозы и галактозы через базолатеральную мембрану осуществляется с помощью другого унипортера, GLUT2.

Аминокислоты (АS) поступают в клетку с помощью многочисленных транспортеров, в том числе переносчиков кислых, нейтральных и щелочных АS. В большинстве своем это симпортеры, переносящие АS вместе с Nа+ (см. Приложение, табл. А1). В апикальной мембране третично-активные симпортеры поглощают совместно с Н+ часть АS в виде диили трипептидов (рис. 3.3В); в клетке пептиды гидролизуются до АS.

Секреция и абсорбция ионов Cl – посредством Nа+,К +,2Cl –-симпорта

!Секреция Cl– через апикальную мембрану осуществляется благодаря хлорным каналам, а через базолатеральную мембрану — с помощью Nа+,K+,2Cl–-переносчиков; при абсорбции Cl– соответствующие транспортеры располагаются зеркально.

Секреция Cl–. Секреция Cl– запускает выход воды и растворенных веществ (рис. 3.4). Этот фундаментальный механизм секреторного эпителия действует во всех отделах желудочно-кишечного тракта, протоках от ацинусов желез внешней секреции, дыхательных путях и многих других органах (кроме почек).

в результате вторично-активного транспорта. Симпортер NКCC1 блокируют диуретики фуросемид и буметанид. В апикальной части Cl– выходит

вполость органа через Cl–-каналы CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator).

Реабсорбция Cl– осуществляется в утолщенной восходящей части петли Генле (разд. 29.4). В почках это параклеточный процесс либо частично опо-

средуемый HCO3/Cl -антипортером (см. далее). Транспортеры аналогичны тем, которые действуют

всекреторной части эпителия, но расположены они зеркально: Nа+,K+,2Cl–-переносчики (NКCC2), блокируемые фуросемидом и буметанидом, находятся в апикальной мембране, а Cl–-каналы (CICKb) — в базолатеральной мембране.

Рис. 3.4. Транспорт хлора. А. Выделение Cl– —

главный пусковой механизм в секреторном эпителии. Б. Реабсорбция Cl– в утолщенной восходящей части петли Генле

3.3. Синдром Бартера

Этиология и птогенез. Уже в младенческом возрасте возникают такие симптомы, как гипокалиемия, рвота, полиурия, обезвоживание и нарушение роста, не сопровождающиеся повышением кровяного давления. Причиной заболевания служит мутация гена Nа+,K+,2Cl–-симпортера (NКCC2) в восходящей утолщенной части петли Генле (синдром Бартера 1-го типа; см. Приложение, табл. А1). Аналогичные симптомы характерны также при нарушении K+-канала RОМК1 (синдром Бартера 2-го типа) или хлорного Cl+-канала ClC-Кb (синдром Бартера 3-го типа) (рис. 3.4Б). Всасывание NaCl может происходить только при условии, что способны функционировать все три транспортера.

Псевдосиндром Бартера. Мишенью часто используемого диуретика фуросемида служит симпортер NКCC2. Блокируя NКCC2, фуросемид вызывает усиленное выделение NaCl и воды через почки. В связи с этим последствия продолжительного приема фуросемида получили название псевдосиндрома Бартера.

Синдром Гительмана. Симптомокомплекс аналогичен тому, который наблюдается при синдроме Бартера, но в более стертой форме. Те же симптомы несколько ослаблены. В этом случае в дистальном канальце нарушается поступление Na+Cl– через симпортер NCC апикальной мембраны.

Секреция K+ во внутреннем ухе

!Чтобы человек нормально слышал, в эндолимфе его внутреннего уха должна быть высокая концентрация K+; диуретик фуросемид, усиливающий секрецию K+ в дистальной части почечных канальцев, может вызвать временную глухоту.

Эпителий сосудистой полоски (stria vascularis). Для преобразования акустических сигналов в нервные импульсы необходимы следующие условия: высокий трансэпителиальный потенциал в перепончатом канале улитки (эндокохлеарный потенциал +80 мВ) и высокая концентрация K+ в эндолимфе (150 ммоль/л) (разд. 16.3). Оба фактора обеспечиваются клетками эпителия сосудистой полоски (рис. 3.5):

K+-каналы Kir4.1 апикальной мембраны базальных клеток создают высокий эндокохлеарный потенциал; маргинальные клетки (составляющие основную

часть сосудистой полоски) секретируют K+ в эндолимфу с помощью Nа+,K+,2Cl–-симпортера (NКCC1) базолатеральной мембраны и K+-кана- лов IsK (KCNQ1/KCNE1) апикальной мембраны (рис. 3.5, справа).

Нарушение секреции K+. Диуретик фуросемид может ингибировать функцию NКCC1, вследствие чего обратимо нарушается функция среднего уха. Кроме того, важна роль K+-каналов KCNQ1/KCNE1 (разд. 4.2): при врожденном дефекте каналов KCNQ1/KCNE1 (синдром Джервелла—Ланге— Нильсена; см. 4.3) наблюдается глухота, часто сопряженная с удлиненным интервалом QT на ЭКГ (синдром удлиненного интервала QT 1).

Абсорбция и секреция HCO–3

!Абсорбция HCO–3, секреция HCO–3, а также абсорбция Nа+ и Cl– осуществляются с помощью различных транспортеров.

Втранспорте могут участвовать (рис. 3.6): Nа+/Н+-антипортеры NHE3 или NHE1; фермент карбоангидраза (СА);

HCO3/Cl -антипортер АЕ2; Na, HCO3-симпортер NВС1.

Взависимости от присутствия транспортеров возможны следующие процессы.

Секреция HCO3 осуществляется, в частности,

впротоках слюнных желез и поджелудочной железы, а также в печени и париетальных (обкладочных) клетках желудка (рис. 3.6А). Абсорбция

HCO3 через базолатеральную мембрану не требует участия HCO3-транспортера, поскольку Н+ выводится в межклеточное пространство с помощью Nа+/Н+-антипортера (NHE1). Карбоанги-

драза катализирует реакцию Н+ + HCO3 с образованием СО2 и Н2О. СО2 диффундирует через плазматическую мембрану в клетку, где благодаря

каталитическому действию внутриклеточной СА вновь образуются Н+ и HCO3 И наконец, тре- тично-активный Cl /HCO3-антипортер (АЕ2) апикальной мембраны выводит бикарбонат в полость органа.

Реабсорбция HCO3. Реабсорбция HCO3 и секреция Н+ свойственны клеткам проксимальных почечных канальцев и париетальных (обкладочных) клеток желудка (рис. 3.6Б), причем в желудке секреция Н+ выполняет важную функцию. В эпителиальных клетках, секретирующих HCO3, два переносчика расположены зеркально по отношению друг к другу. Н+ выделяется в полость с помощью Nа+/Н+-антипортера NHE3 апикальной мембраны и при участии СА всасывается обратно в клетку в виде СО2 + Н2О (исключение составляет желудок). Через базолатеральную мембрану HCO3 может транспортироваться посредством

Рис. 3.6. Транспорт HCO3. А. Секреция HCO3.

Б. Реабсорбция HCO3. В. Электронейтральная реабсорбция Nа+ и Cl–. В результате различного расположения четырех «строительных элементов» (см. в тексте) можно наблюдать разные эффекты. Для упрощения рисунка термин «Nа+/K+-АТФаза» на компонентах А и Б отсутствует. СА — карбоангидраза

двух механизмов. В некоторых эпителиальных тканях работает Cl /HCO3-антипортер АЕ2, в других — Nа+,HCO3-симпортер NВС1, причем в последнем случае Nа+ выводится из клетки благодаря электрохимическому градиенту HCO3.

Абсорбция Nа+ и Cl– (рис. 3.6). Третий тип расположения выявлен в толстой кишке и желчном пузыре. Здесь в апикальной мембране находятся Nа+/Н+-антипортер и Cl /HCO3-антипортер, благодаря которым Н+ и HCO3 выделяются в полость. Далее HCO3 под влиянием СА временно преобразуется в СО2 и Н2О; таким образом в клетке снова присутствуют Н+ и HCO3 и вступает в действие антипортер. В то же время Nа+ и Cl– входят через апикальную мембрану и могут выводиться через базолатеральный домен.

Секреция внутриглазной жидкости

!В образовании внутриглазной жидкости участвуют антипортеры NНЕ1 и АЕ2. При глаукоме следует понижать давление путем ингибирования активности карбоангидразы.

Внутриглазная жидкость продуцируется эпителием цилиарного (ресничного) тела. Инициирующая роль принадлежит секреции Nа+, Cl–, HCO3 и аминокислот, за которой следует осмос воды. При этом главную функцию выполняют два транспортера — Nа+/Н+-антипортер NHE1 и Cl–/HCO3- антипортер АЕ2 (рис. 3.6А, Б), деятельность которых зависит от активности карбоангидразы.

Глаукома («зеленая вода»). При нарушенном балансе между секрецией внутриглазной жидкости и ее оттоком повышается внутриглазное давление; возникает риск повреждения сетчатки и зрительного нерва. В качестве лекарственных средств можно применять ингибиторы карбоангидразы, подавляющие работу NНЕ1 и АЕ2. В итоге образуется меньше внутриглазной жидкости и давление снижается.

Коротко

Расположение транспортеров в мембране эпителиальных клеток

Эпителий различных органов характеризуется определенной локализацией каналов, переносчиков, насосов и плотных контактов. Nа+/K+-АТФаза находится в базолатеральном домене клеточной мембраны. Переносчики, обеспечивающие поступление в клетку питательных веществ в виде углеводов и аминокислот, в клетках проксимальных («рыхлых») отделов эпителия трубкообразных органов (например, тонкой кишки и проксимальных почечных канальцев) обычно расположены в обоих мембранных доменах, в отличие от размещения в дистальных сегментах этих органов. Что касается ионных и водных каналов, регулируемых гормонами (альдостероном и вазопрессином) либо внутриклеточными