Ein Beispiel dafür, wie Zellen die in elektrochemischen Gradienten enthaltene Energie nutzen, ist der Glukosetransport in die Zellen. Das für diesen Prozess wichtige Ion ist Natrium (Na⁺), das in der Regel extrazellulär in höheren Konzentrationen vorliegt als im Zytosol. Ein solcher Konzentrationsunterschied ist zum Teil auf die Wirkung einer in die Zellmembran eingebetteten Enzym-"Pumpe" zurückzuführen, die Na⁺ aktiv aus einer Zelle ausstößt. Wichtig ist, dass diese Pumpe, da sie zu der hohen Konzentration von positiv geladenem Na⁺ außerhalb einer Zelle beiträgt, auch dazu beiträgt, diese Umgebung "positiver" zu machen als die intrazelluläre Region. Infolgedessen zeigen sowohl der chemische als auch der elektrische Gradient von Na⁺ in das Innere einer Zelle, und der elektrochemische Gradient ist in ähnlicher Weise nach innen gerichtet.

Natrium-Glukose-verknüpfte Transporter

Natrium-Glukose-gekoppelte Transporter (SGLTs) nutzen die in diesem elektrochemischen Gradienten gespeicherte Energie. Diese Proteine, die sich hauptsächlich in den Membranen von Darm- oder Nierenzellen befinden, helfen bei der Aufnahme von Glukose aus dem Lumen dieser Organe in den Blutkreislauf. Um zu funktionieren, müssen sowohl ein extrazelluläres Glukosemolekül als auch zwei Na⁺ an das SGLT binden. Wenn Na⁺ durch den Transporter in eine Zelle wandert, reist es mit seinem elektrochemischen Gradienten und stößt Energie aus, die das Protein verwendet, um Glukose innerhalb einer Zelle zu bewegen – entgegen seinem chemischen Gradienten, da dieser Zucker tendenziell in einer Zelle in einer höheren Konzentration vorliegt. Infolgedessen wandert Glukose gleichzeitig mit Na⁺ bergauf gegen seinen Konzentrationsgradienten, der seinen elektrochemischen Gradienten hinunterwandert. Dies ist ein Beispiel für einen sekundären aktiven Transport, der so genannt wird, weil die verwendete Energiequelle elektrochemischer Natur ist und nicht die primäre Form von ATP.

Therapien gegen SGLTs

Angesichts der Rolle von Glukose bei bestimmten Krankheiten haben Wissenschaftler begonnen, nach Möglichkeiten zu suchen, den Glukosetransport in die Zellen zu stören. Diabetes ist zum Beispiel durch einen Überschuss an Glukose im Blutkreislauf gekennzeichnet, der zu Nervenschäden und anderen Komplikationen führen kann. Infolgedessen untersuchen einige Forscher, wie sich die SGLT-Expression zwischen Diabetikern und Nicht-Diabetikern unterscheidet und ob die Hemmung verschiedener SGLTs bei der Behandlung der Krankheit helfen kann. Da Krebszellen im Vergleich zu ihren normalen Gegenstücken nachweislich mehr Glukose benötigen, untersuchen andere Forscher, ob Glukosetransporter ein neues Ziel für Krebstherapien sein können.