膜輸送体；Na+/K+ ATPaseのアイソフォーム；二次性能動輸送；Na+/H+交換輸送体

🧠 膜輸送membrane transport膜輸送（membrane transport）membrane transport（膜輸送）は「受動輸送passive transport受動輸送（passive transport）passive transport（受動輸送）（エネルギー不要）」と「能動輸送（エネルギー必要）」の2つに大別し、能動輸送はさらに一次性能動輸送（primary active transport：ATPを直接使う）と二次性能動輸送secondary active transport二次性能動輸送（secondary active transport）secondary active transport（二次性能動輸送）（一次性が作った勾配を借りる）に分ける、と読む。 Na⁺/K⁺-ATPasesodium-potassium ATPaseNa⁺/K⁺-ATPase（sodium-potassium ATPase）sodium-potassium ATPase（Na⁺/K⁺-ATPase）は全身の一次性能動輸送の要で、その勾配がほぼすべての二次性輸送体secondary transporter二次性輸送体（secondary transporter）secondary transporter（二次性輸送体）（Na⁺/H⁺交換体Na⁺/H⁺ exchanger, NHE交換体（Na⁺/H⁺ exchanger, NHE）Na⁺/H⁺ exchanger, NHE（交換体）を含む）を駆動する。強心配糖体cardiac glycosides強心配糖体（cardiac glycosides）cardiac glycosides（強心配糖体）（ジギタリスdigitalisジギタリス（digitalis）digitalis（ジギタリス））はこのポンプを標的にする代表的な薬理学pharmacology薬理学（pharmacology）pharmacology（薬理学）的応用。

膜輸送の全体分類

膜は選択的な半透性semipermeable半透性（semipermeable）semipermeable（半透性）バリアで、輸送様式は次のように分類される。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='membrane transport'>膜輸送</span>"]
  A --> B["1. 受動（単純）拡散<br>passive diffusion"]
  A --> C["2. <span class='jp-term jp-term-diagram' title='facilitated diffusion'>促進拡散</span><br>facilitated diffusion"]
  C --> C1["輸送体"]
  C --> C2["チャネル"]
  A --> D["3. 能動輸送<br>active transport"]
  D --> D1["3.1 一次性：ATPアーゼポンプ、ABC輸送体"]
  D --> D2["3.2 二次性：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='uniporter'>ユニポーター</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='symporter'>シンポーター</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='antiporter'>アンチポーター</span>"]

輸送体は、基質特異性substrate specificity基質特異性（substrate specificity）substrate specificity（基質特異性）・飽和性saturability飽和性（saturability）saturability（飽和性）・調節可能性regulability調節可能性（regulability）regulability（調節可能性）・阻害可能性inhibitability阻害可能性（inhibitability）inhibitability（阻害可能性）という、酵素に似た性質をもつ（チャネルとの重要な対比点）。

アクアポリン

水を高速に通す特殊なチャネル。

• イオンを通さない: 孔が狭くイオンの水和殻hydration shell水和殻（hydration shell）hydration shell（水和殻）が入れない上、正電荷がH₃O⁺を反発する。
• プロトンも通さない: 水分子の双極子dipole双極子（dipole）dipole（双極子）再配向による「プロトンホッピングproton hoppingプロトンホッピング（proton hopping）proton hopping（プロトンホッピング）」を防ぐ構造をもつ。
• アクアグリセロポリンaquaglyceroporinアクアグリセロポリン（aquaglyceroporin）aquaglyceroporin（アクアグリセロポリン）: グリセロール（脂肪細胞adipocyte脂肪細胞（adipocyte）adipocyte（脂肪細胞）・肝）やウレア（肝）も輸送するサブタイプSubtypeサブタイプ（Subtype）Subtype（サブタイプ）。

⚠️ アクアポリンAquaporinsアクアポリン（Aquaporins）Aquaporins（アクアポリン）変異の臨床像は組織で異なる。 腎でのアクアポリンAquaporinsアクアポリン（Aquaporins）Aquaporins（アクアポリン）変異は多尿・多飲polydipsia多飲（polydipsia）polydipsia（多飲）（尿崩症diabetes insipidus, DI尿崩症（diabetes insipidus, DI）diabetes insipidus, DI（尿崩症）, diabetes insipidus）を、水晶体lens水晶体（lens）lens（水晶体）でのアクアポリンAquaporinsアクアポリン（Aquaporins）Aquaporins（アクアポリン）変異は白内障cataract白内障（cataract）cataract（白内障）を起こす。

GLUT（グルコース輸送体）ファミリー

促進拡散facilitated diffusion促進拡散（facilitated diffusion）facilitated diffusion（促進拡散）型のユニポーターuniporterユニポーター（uniporter）uniporter（ユニポーター）で、SLC2A遺伝子群にコードされる（詳細は04-02-digestion-and-absorption-of-carbohydrates-cellular-glucose-uptake）。

ABC輸送体

一次性能動輸送の代表格。ATPの加水分解エネルギーを直接使い、基質を濃度勾配に逆らって輸送する。「F」の文字は「リン酸化 Factor」を意味する命名法Nomenclature命名法（Nomenclature）Nomenclature（命名法）に由来する。

Na⁺,K⁺-ATPase：一次性能動輸送の要

Na⁺,K⁺-ATPaseは、細胞のNa⁺/K⁺勾配を作る中心的なポンプで、多くの二次性輸送を駆動する「エネルギーの元締め」。

構造とサイクル

• E1コンフォメーションconformationコンフォメーション（conformation）conformation（コンフォメーション）: Na⁺・ATPへの高親和性high affinity高親和性（high affinity）high affinity（高親和性）。
• E2コンフォメーションconformationコンフォメーション（conformation）conformation（コンフォメーション）: ATPへの低親和性low affinity低親和性（low affinity）low affinity（低親和性）。
• 1サイクルで3 Na⁺を細胞外へ、2 K⁺を細胞内へ輸送する——電荷を運ぶため電気発生性electrogenic電気発生性（electrogenic）electrogenic（電気発生性）。

⭐ Na⁺,K⁺-ATPaseは全ATP産生の30〜70%を消費する。 全身のエネルギー予算の大部分を占める、生命維持の基盤的なポンプ。

アイソフォームと調節サブユニット

α・βアイソフォームisoformアイソフォーム（isoform）isoform（アイソフォーム）が組織ごとに発現し、FXYDサブユニット（心臓ではホスホレンマンphospholemmanホスホレンマン（phospholemman）phospholemman（ホスホレンマン）, phospholemman）が調節因子として働く。

強心配糖体— 薬理学的応用

オウバインouabainオウバイン（ouabain）ouabain（オウバイン）・ジゴキシン・ジギトキシンdigitoxinジギトキシン（digitoxin）digitoxin（ジギトキシン）（ジギタリスdigitalisジギタリス（digitalis）digitalis（ジギタリス）属植物由来）はNa⁺,K⁺-ATPaseの特異的阻害薬specific inhibitor特異的阻害薬（specific inhibitor）specific inhibitor（特異的阻害薬）。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cardiac glycosides'>強心配糖体</span>がNa⁺,K⁺-ATPaseを阻害"]
  A --> B["細胞内Na⁺蓄積"]
  B --> C["Na⁺/Ca²⁺交換体の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='driving force'>駆動力</span>低下（Ca²⁺排出↓）"]
  C --> D["細胞内Ca²⁺上昇"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='myocardial contractility'>心筋収縮力</span>増強（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='positive inotropic effect'>陽性変力作用</span>）"]

• 腎: 利尿作用diuretic effect利尿作用（diuretic effect）diuretic effect（利尿作用）。
• 迷走神経活性増加: 心房細動患者への使用根拠（議論の余地あり）。
• 治療域が狭い（narrow therapeutic window）: 中毒症状は悪心・嘔吐・下痢・徐脈、および特徴的な黄視xanthopsia黄視（xanthopsia）xanthopsia（黄視）症/黄色視xanthopsia黄色視（xanthopsia）xanthopsia（黄色視）・グレア・色付きハローなど視覚症状。19世紀にはジギタリスdigitalisジギタリス（digitalis）digitalis（ジギタリス）が鎮静薬・抗痙攣薬anticonvulsant抗痙攣薬（anticonvulsant）anticonvulsant（抗痙攣薬）・抗躁薬antimanic agent抗躁薬（antimanic agent）antimanic agent（抗躁薬）としても使われた歴史をもつ。

⚠️ 内因性強心配糖体cardiac glycosides強心配糖体（cardiac glycosides）cardiac glycosides（強心配糖体）様物質も存在する。 腎性Na⁺輸送・動脈圧の調節、細胞増殖・分化・アポトーシス・線維化・糖代謝glucose metabolism糖代謝（glucose metabolism）glucose metabolism（糖代謝）への関与が示唆されている。

心筋のCa²⁺調節：SERCA2とホスホランバン

SERCA2（筋小胞体sarcoplasmic reticulum筋小胞体（sarcoplasmic reticulum）sarcoplasmic reticulum（筋小胞体）Ca²⁺-ATPase、一次性能動輸送）は、心筋細胞cardiomyocyte (cardiac myocyte)心筋細胞（cardiomyocyte (cardiac myocyte)）cardiomyocyte (cardiac myocyte)（心筋細胞）質Ca²⁺の70%超の除去を担い、心筋弛緩relaxation心筋弛緩（relaxation）relaxation（心筋弛緩）速度と次拍のCa²⁺貯蔵量（＝収縮力）の両方を決める。

⭐ ホスホランバンphospholambanホスホランバン（phospholamban）phospholamban（ホスホランバン）のリン酸化がSERCA2を活性化する。 リン酸化されたホスホランバンphospholambanホスホランバン（phospholamban）phospholamban（ホスホランバン）はSERCA2を活性化し、弛緩速度の増加と、続く拍動での収縮力増強（＝陽性変力効果positive inotropic effect陽性変力効果（positive inotropic effect）positive inotropic effect（陽性変力効果）, positive inotropic effect）をもたらす。β-アドレナリン刺激adrenergic stimulationアドレナリン刺激（adrenergic stimulation）adrenergic stimulation（アドレナリン刺激）（cAMP/PKA経由）がこの経路を活性化する。

二次性能動輸送とNa⁺/H⁺交換体

二次性能動輸送secondary active transport二次性能動輸送（secondary active transport）secondary active transport（二次性能動輸送）は、一次性ポンプ（主にNa⁺,K⁺-ATPase）が作ったイオン勾配の位置エネルギーpotential energy位置エネルギー（potential energy）potential energy（位置エネルギー）を「借りて」、別の基質を輸送する。

Na⁺/H⁺交換体Na⁺/H⁺ exchanger, NHE交換体（Na⁺/H⁺ exchanger, NHE）Na⁺/H⁺ exchanger, NHE（交換体）は、Na⁺の細胞内への流入（電気化学的勾配electrochemical gradient電気化学的勾配（electrochemical gradient）electrochemical gradient（電気化学的勾配）に従う）を駆動力driving force駆動力（driving force）driving force（駆動力）として、H⁺を細胞外へ排出するアンチポーターantiporterアンチポーター（antiporter）antiporter（アンチポーター）。

⭐ NHEは細胞内pH調節の主役であり、虚血再灌流障害ischemia-reperfusion injury虚血再灌流障害（ischemia-reperfusion injury）ischemia-reperfusion injury（虚血再灌流障害）の治療標的でもある。 細胞内が酸性化した際にNHEが活性化しH⁺を排出、pHを正常化する。虚血時には細胞内アシドーシスintracellular acidosis細胞内アシドーシス（intracellular acidosis）intracellular acidosis（細胞内アシドーシス）→NHE活性化→細胞内Na⁺蓄積→Na⁺/Ca²⁺交換体（Na⁺/Ca²⁺ exchanger, NCX）の逆転（Ca²⁺流入）という経路が、再灌流時の細胞障害cell injury細胞障害（cell injury）cell injury（細胞障害）（Ca²⁺過負荷overload過負荷（overload）overload（過負荷））に関与するとされ、NHE阻害薬が心筋保護cardioprotection心筋保護（cardioprotection）cardioprotection（心筋保護）の研究対象になっている。

まとめ

• 膜輸送membrane transport膜輸送（membrane transport）membrane transport（膜輸送）は受動拡散passive diffusion受動拡散（passive diffusion）passive diffusion（受動拡散）・促進拡散facilitated diffusion促進拡散（facilitated diffusion）facilitated diffusion（促進拡散）・能動輸送（一次性/二次性）に分類される。アクアポリンAquaporinsアクアポリン（Aquaporins）Aquaporins（アクアポリン）は水のみを通す特殊チャネル。
• ABC輸送体（ABCA1・MDR1・MRP1/2・ABCG5/8・CFTR）は一次性能動輸送でATPを直接消費する。
• Na⁺,K⁺-ATPaseはE1/E2サイクルで3Na⁺out/2K⁺inを電気発生的に輸送し、全身ATPの30–70%を消費する一次性ポンプ。強心配糖体cardiac glycosides強心配糖体（cardiac glycosides）cardiac glycosides（強心配糖体）（オウバインouabainオウバイン（ouabain）ouabain（オウバイン）・ジゴキシン）はこれを阻害し陽性変力効果positive inotropic effect陽性変力効果（positive inotropic effect）positive inotropic effect（陽性変力効果）を生むが治療域が狭い。
• SERCA2/ホスホランバンphospholambanホスホランバン（phospholamban）phospholamban（ホスホランバン）系が心筋Ca²⁺除去と収縮力を調節する。
• 二次性能動輸送secondary active transport二次性能動輸送（secondary active transport）secondary active transport（二次性能動輸送）（ユニポーターuniporterユニポーター（uniporter）uniporter（ユニポーター）・シンポーターsymporterシンポーター（symporter）symporter（シンポーター）・アンチポーターantiporterアンチポーター（antiporter）antiporter（アンチポーター））はNa⁺,K⁺-ATPaseが作った勾配を利用する。NHE（Na⁺/H⁺交換体）は細胞内pH調節の主役で、虚血再灌流障害ischemia-reperfusion injury虚血再灌流障害（ischemia-reperfusion injury）ischemia-reperfusion injury（虚血再灌流障害）にも関与する。