能動輸送とP-糖タンパク質とMichaelis-Menten(ミカエリスメンテン)式のまとめ

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特殊輸送、能動輸送はP-糖タンパク質とMichaelis-Menten(ミカエリスメンテン)式をおさえよう。

前回の生体膜透過、単純拡散はめんつゆをイメージしよう。に続き、今回は特殊輸送をまとめていきます。

 

特殊輸送は輸送担体などを使うタイプで、さらに能動輸送、促進拡散、膜動輸送などがあることを前回軽くお話ししました。

 

 

能動輸送

能動輸送は濃度勾配に逆らって生体膜を透過します。濃度勾配に逆らうため、前回の単純拡散とは違い、自然の摂理に反します。自然の摂理に反するため、普通ではない何かが必要となってきます。それが、担体(トランスポーター)と呼ばれるものです。担体を動かすためにはATPのエネルギーを要します

 

能動輸送を例えるならば、スキーのリフトの上りみたいなものです。山を上に登るのはしんどく、普通はなかなか登れません。そのため、私たちはリフトを使って山を登ります。もちろんリフトを動かすのには電気が必要です。

 

 

能動輸送は、ATPを直接するかどうかによって、一次性能動輸送と二次性能動輸送にわけられます。

 

  • 一次性能動輸送;ATPの加水分解エネルギーを直接利用して行う能動輸送
  • 二次性能動輸送;一次性能動輸送によってできたイオン勾配などを利用して行う能動輸送

 

要するに、ATPを直接使うか、間接的に使うかの違いです。

 

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P-糖タンパク質

先ほどの一次性能動輸送担体で有名なものに、P-糖タンパク質というものがあります。P-糖タンパク質は脳の毛細血管や肝臓、腎臓、腸管、胎盤などに存在して、薬を細胞外に排出します

 

対象となる薬として、有名なものは、ワソラン(ベラパミル)、プログラフ(タクロリムス)、ネオーラル(シクロスポリン)、ジゴシン(ジゴキシン)、キニジン(キニジン)、オンコビン(ビンクリスチン)、エクザール(ビンブラスチン)などがあります。ゴロとしては、

 

  • ベラ君、タクシーで事故を気にして、ビンビン

 

 

  • ベラ君;ベラパミル
  • タクシー;タクロリムス、シクロスポリン
  • 事故;ジゴキシン
  • 気にして;キニジン

 

イメージ作りの物語を。ベラ君は気が小さく、ドMな男性でした。タクシーに乗ったはいいものの、事故が気になってビンビンになってしまったというお話です(笑)

 

Michaelis-Menten(ミカエリスメンテン)式

能動輸送による膜透過速度は、Michaelis-Menten(ミカエリスメンテン)式で表されます。国家試験で問われるのは、濃度が小さい時と大きい時どうなるかということです。

 

  • 濃度が小さい時;V≒Vmax×C/Km
  • 濃度が大きい時;V≒Vmax

 

 

まず、能動輸送が担体を介する輸送であることを思い出してください。そのため濃度が増えてくると輸送に飽和現象が起こり、頭打ちするようなグラフが描けます。スキーのリフトでもそうですが、数が限られているため、乗りたい人が増えると渋滞が発生します。それと同じです。

 

このグラフのイメージができたら、あとはそれぞれの濃度で考えるだけです。

 

濃度が小さい時は、C≒0と考えたら、V≒Vmax×C/Kmとなります。つまりVはCに比例するグラフとなります。

 

濃度が高い時は、定数Kmを無視できるくらいCが大きくなったと考え、C≒Km+Cとなります。よって、V≒Vmaxとなるグラフになります。

 

促進拡散

促進拡散は膜中に存在する輸送体と複合体を形成して、濃度勾配に従い輸送されます。

 

促進拡散は担体を使うけれども、ATPのエネルギーを使わない輸送方法です。代表例にはグルコースがあり、細胞内に能動輸送された後、促進拡散によって血中に行きます。

 

膜動輸送

膜動輸送は、細胞膜の一部が陥没して、細胞膜に包み込んで膜透過します。

 

膜動輸送は担体は使わないけれど、ATPのエネルギーを使う輸送方法です。

 

単純拡散も含めて、ATPと担体のまとめは以下のようになります。

 

 

まとめ

  • 特殊輸送は、能動輸送、促進拡散、膜動輸送などがある。
  • P-糖タンパク質は薬を外に排出する。
  • 能動輸送による膜透過速度は、Michaelis-Menten(ミカエリスメンテン)式によりあらわされる。

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