Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

4. fejezet - Transzportfolyamatok a hámsejtekben

4. fejezet - Transzportfolyamatok a hámsejtekben

Az emberi szervezetet mintegy 200 különböző típusú sejt építi fel. Ezek közül egyes típusokban a plazmamembrán az egész sejtben homogén felépítésű és funkciójú; ezek a nem orientált vagy nem polarizált (szimmetrikus) sejtek. Ehhez a sejttípushoz tartoznak pl. a vérsejtek. Más sejttípusok azonban aszimmetrikusak: az orientált vagy polarizált sejtekben a plazmamembrán a sejt két szemben lévő pólusán különbözik, sőt a sejtorganellumok elhelyezkedése is aszimmetrikus. A polarizált sejtekhez tartoznak az alábbiakban ismertetett hámsejtek (epithelsejtek), az endothelium sejtjei, az ependymasejtek és a neuronok. (A neuronok szerkezetét és működéseit a 6. fejezetben írjuk le.)

Hámsejtek választják el a szervezet belsejét a külvilágtól. A “külvilág” lehet a valódi külső környezet, de ugyancsak „külvilág” a belső szerveknek a külső környezettel kontinuus belseje, mint a légutak, tápcsatorna, húgyutak és a genitalis tractus lumene. Hámsejtek bélelik a külső és belső elválasztású mirigyeket. A sejtek aszimmetrikus felépítése teszi alkalmassá a hámsejteket anyagok egyirányú, vektoriális transzportjára. Az egyirányú transzport vagy a lumenből az interstitialis tér/vér felé (felszívás, reszorpció), vagy az interstitialis tér/vér felől a lumen felé (kiválasztás, szekréció) folyik.

Az ebben a fejezetben leírtak szolgálnak alapul a tápcsatornában, a vesében, a légutak és a különböző egyéb szervek mirigyeiben, továbbá az agyi kapillárisokban és ependymasejtekben folyó transzport megértéséhez.

Luminalis (apicalis) és basolateralis membrán

A hámsejtek plazmamembránja két régióból áll, amelyek mind felépítésükben, mind működéseikben eltérnek. A lumen felé eső membránrészlet a luminalis (más néven apicalis), míg az interstitiummal érintkező a basolateralis membrán.

A két membránrészlet három folyadékkompartmentet választ el:

  • luminalis folyadéktér (a sejt ebből szív fel vagy ide választ ki anyagokat),

  • intracelluláris kompartment a luminalis és a basolateralis membrán között,

  • interstitialis folyadéktér.

A transzporthoz szükséges egyes membránelemek (ionpumpák, víz- és epithelialis ioncsatornák, passzív transzporterek, 4-1. táblázat) a plazmamembrán luminalis és basolateralis részletében különbözőek. A vektoriális transzportfolyamatokban általában több luminalis és basolateralis elem szerepel. A különböző felszívó és szecernáló hámokban a transzportfolyamatok iránya (pl. hogy a hámban Cl-szekréció vagy Cl-felszívás folyik) az egyes transzportelemek luminalis vagy basolateralis elhelyezkedésétől függ.

4.9. táblázat - 4-1. táblázat . A hámsejtek plazmamembránjának fontosabb transzportelemei

Primer pumpa

Uniporter

Kotranszporter

Antiporter

(kicserélő karrier)

Csatorna

– Na+−K+-pumpa

(P típusú ATP-áz)

– Ca2+-pumpa

(P típusú ATP-áz)

– H+−K+-pumpa

(P típusú ATP-áz)

– H+-pumpa

(V típusú ATP-áz)

– ABC transzporterek (MDR, MRP, SPGP)

– GLUT típusú

transzporterek

– Facilitatív aminosav- transzporterek

– Na+−glukóz (SGLT-1 és -2)*

– Na+−aminosav

(többféle)

– Na+−oligopeptid

(többféle)

– Na+−epesavas só

– Na+−HCO3

– Na+−Cl

– Na+−K+−2Cl

– Na+−foszfát

– Na+/H+

– Cl-/HCO3

(anioncserélő fehérje)

– Vízcsatornák

(aquaporinok)

– Ioncsatornák

– – Na+-csatorna

(amilorid érzékeny)

– – K+-csatorna

– – Cl-csatorna

(CFTR)

– – Ca2+-nal aktivált Cl-csatorna


* SGLT a “sodium glucose transporter”-ből képzett betűszó

Transzcelluláris és paracelluláris transzport

A hámsejtek hámrétegeket, acinusokat vagy kivezetőcsöveket képeznek, és fizikai érintkezésben állnak egymással. A szomszédos hámsejteket az érintkezés helyén szoros kapcsolatok (angol nevén tight junction) kapcsolják össze (4-1. ábra). A szoros kapcsolatokat a plazmamembránba mélyen beérő, specifikus integráns fehérjék képezik. A hámrétegen keresztüli transzport részben magukon a sejteken keresztül, transzcellulárisan, részben pedig a sejtek közötti szoros kapcsolaton keresztül, paracellulárisan folyik.

A paracelluláris permeabilitás jellemző a hámréteg típusára, és a szoros kapcsolat molekuláris szerkezetétől függ. A szorosan záró hámrétegek (angolul tight epithel) esetében a szoros kapcsolat permeabilitása, így a paracelluláris permeabilitás minimális. Ezzel ellentétben az áteresztő vagy „szivárgó” hámok (angolul leaky epithel) esetében a sejtközti kapcsolat az előbbinél jóval permeábilisabb, ezért a paracelluláris permeabilitás nagy. A szorosan záró hámréteg prototípusa a vese gyűjtőcsatornája; tipikus áteresztő hám az epehólyagot bélelő hám. Ezek a típusok azonban egy folyamatos skála egy-egy szélső megvalósulási formái. A hámrétegek jelentős részében a paracelluláris permeabilitás valahol a két szélsőség között helyezkedik el. Mind a szoros, mind az áteresztő hámokban a transzcelluláris transzport az elsődleges, és ezt követik a passzív paracelluláris mozgások: a paracelluláris transzportfolyamatok mozgatóerői a luminalis és interstitialis folyadékok között kialakuló elektromos és ozmotikus gradiensek, amelyeket a transzcelluláris mozgások eredményeznek.

4-1. ábr a. Transzcelluláris és paracelluláris transzport hámokban; szekréció és felszívás

Vízpermeabilitás

A szekréciós és a felszívási folyamatokban az oldott részecskék mozgása ozmotikus változással jár; ennek megfelően a vízmolekulák az ozmotikus gradiens irányában mozognak. Az ozmotikus kiegyenlítődésnek két lehetséges útja van: az egyik a szoros kapcsolatokon keresztül, a másik pedig a lument határoló hámsejtek (sorba kapcsolt) apicalis és basolateralis membránján keresztül vezet.

Paracelluláris vízpermeabilitás. A szoros kapcsolatok vízpermeabilitása az egyes hámokban jelentősen különbözik. Egyes helyeken (pl. a vesecsatornácskák ún. felszálló vastag szegmentumában, a nyálmirigyek kivezetőcsöveiben, l. a 14. és 21. fejezeteket) a vízpermeabilitás elhanyagolható, az oldott anyagok mozgását nem követi a víz mozgása, és ezért a lumenben áramló folyadék hipoozmotikussá válik. Ahol a szoros kapcsolat vízre permeábilis, ott ozmotikus kiegyenlítődés következik be a luminalis és az interstitialis folyadék között.

Aquaporinok. A paracelluláris vízpermeabilitás mellett a sejtrétegek vízpermeabilitásáért az aquaporin membránfehérjék felelősek. Jelenleg mintegy 10 aquaporin fehérje (AQP) ismert: ezek mindegyike differenciáltan expresszálódik a különböző hámsejtekben, sőt az apicalis vagy basolateralis elhelyezkedés (azaz a célbajuttatás) is megszabott. Az aquaporin fehérjékre a 14. fejezetben, a veseműködés tárgyalásakor térünk vissza. Valamely hámréteg teljes vízpermeabilitásának mértékét a szoros kapcsolatok és az aquaporinok együttesen szabják meg.

Epithelialis ioncsatornák

Az epithelsejtek transzportfolyamataiban lényeges szerepet játszanak a luminalis és a basolateralis membrán ioncsatornái. Ezek közé tartoznak az epithelialis Na+-csatornák (ENaC), a különböző epithelialis K+-csatornák, továbbá az epithelialis Cl-csatornák. A csatornák szelektíven áteresztőek a megfelelő ionok számára, az ionáramlás irányát a membrán két oldalán elhelyezkedő ionok elektromos és koncentrációgradiense (elektrokémiai potenciál) szabja meg. Az egyes csatornafehérjéket kódoló gének mutációinak kóros következményei vannak (ioncsatorna-betegségek, angolból átvett kifejezéssel chanellopathiák).

CFTR. Egy különösen gyakori emberi genetikai hiba, ill. ennek megnyilvánulása, a cystás fibrosis (CF) a kloridcsatorna gén különböző mutációinak következménye; maga a kloridcsatorna elnevezése „cystás fibrosis transzmembrán-konduktancia regulátor”, elfogadott betűszóval CFTR. A fehérje az ABC transzporterek családjába tartozik, ATP-t kötő szekvenciarészlete van, a csatorna zárt/nyitott állapota az ATP-kötéstől függ. A CFTR nagyon sok sejt kloridtranszportjában szerepel, így a nyálmirigyek acinusaiban, a pancreasban, a vékony- és a vastagbél cryptasejtjeiben, a verejtékmirigyekben és a légutakban. A CFTR csatornák (legalábbis egy részük) a kloridionokon kívül bikarbonátionokra is átjárhatók, szerepük van a bikarbonátszekrécióban is.

A Na+–K+-pumpa működéséhez kapcsolt transzportfolyamatok

A transzcelluláris transzportfolyamatok egy jelentékeny hányadában a sejteken keresztüli anyagmozgás az intracellulárisan alacsony Na+-koncentrációhoz, pontosabban a Na+-ok elektrokémiai gradienséhez kapcsolódik. A gradiensért a sejtmembránban elhelyezkedő Na+–K+-pumpa felelős (l. a 2. fejezetet). A valódi hámsejtekben a pumpa a basolateralis membránban lokalizált, a sejtből az interstitium felé továbbít Na+-okat, és ezzel kapcsoltan a sejtbe visz K+-okat. (Az agyi kapilláris-endothelsejtek és ependymasejtek ettől eltérő felépítését és transzporttulajdonságait a 13. fejezetben ismertetjük.)

A pumpa mellett a transzportban egyéb membránösszetevők is szerepelnek. Ezek közül az egyik a Na+-ok beáramlásáért felelős, ez lehet Na+-csatorna, Na+-hoz kapcsolt kotranszporter vagy Na+/kation kicserélő transzporter. A folyamatos transzport feltétele a pumpával a sejtbe felvett K+-ok kiáramlását lehetővé tevő (basolateralis vagy apicalis) K+-csatorna. A felsorolt három összetevő állandó résztvevője a Na+–K+-pumpa működéséhez kapcsolt transzportfolyamatnak. Ezek mellett a transzportban szerepelhet – a funkciót meghatározó, a hámsejt típusára jellemző – anioncsatorna vagy anionkicserélő transzporter. A transzport iránya (szekréció vagy felszívás) attól függ, hogy a felsorolt elemek a sejtmembránnak az apicalis vagy basolateralis szakaszában helyezkednek el.

Epithelialis Na+-csatornán keresztül folyó transzport

A NaCl-transzport legegyszerűbb modelljét a 4-2. ábrán mutatjuk be. A felszívási folyamat aktív transzcelluláris Na+- és passzív paracelluláris Cl-transzport. A Na+-transzportnak ez a modellje fordul elő néhány felszívó hámtípusban, mint pl. a vese gyűjtőcsatornáiban és a vastagbél hámjában. (A Na+-felszívás a vese csatornarendszerének más szakaszain, továbbá a vékonybél enterocytáiban más utat követ.)

A bemutatott epithelsejtben a Na+–K+-pumpa a basolateralis membránban helyezkedik el. Az apicalis membrán Na+-csatornákat tartalmaz, amelyeket gátlószer-érzékenységük alapján amiloridérzékeny Na+-csatornák néven említünk (az amilorid diuretikus hatású gyógyszer). A basolateralis Na+–K+-pumpa és a luminalis Na+-csatornák sorosan kapcsolt Na+-transzportrendszert képeznek. A Na+-ok a luminalis Na+-csatornákon keresztül elektrokémiai potenciáljuk irányában („völgymenetben”, downhill) lépnek a sejtbe, majd a sejtből a basolateralis Na+–K+-pumpa segítségével az elektrokémiai potenciállal szemben („hegymenetben”, uphill) kerülnek az interstitialis folyadékba.

A basolateralisan felvett káliumionok eliminációjára a basolateralis membrán K+-csatornákat tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a többlet K+ kijutását a sejtből (ciklikus K+-mozgás).

Az egyirányú Na+-transzport következtében a sejt interstitialis felszíne pozitív lesz a luminalis felszínhez képest. A transzcelluláris elektromos potenciálkülönbség a hajtóereje a kloridionok paracelluláris transzportjának. A negatív ionok a sejtek közötti szoros kapcsolatokon keresztül jutnak a külvilágból az interstitiumba. A folyamatok nettó eredménye a NaCl gradiens ellenében folyó felszívása.

4-2. ábra . Transepithelialis NaCl-transzport

Na+-kotraszporter igénybevételével folyó transzport

A Na+–K+-pumpa által létrehozott Na+ elektrokémiai gradiens különböző (akár töltéssel bíró, akár töltés nélküli) anyagok kapcsolt transzportjára is felhasználódhat, a kapcsoltan szállított ionokat/molekulákat gradiensükkel szemben mozgathatja. A folyamat másodlagosan kapcsolt aktív transzport.

A másodlagosan aktív transzportot legegyszerűbben a glukózfelszívás kapcsán ismertethetjük (4-3. ábra). Az emberi szervezetben két szervben találunk koncentrációgradienssel szemben végbemenő, másodlagosan aktív glukóztranszportot. A vékonybélben a glukóz a lumenből szívódik fel (l. a 22. fejezetet); a vese proximalis tubulusaiban a glomerulusokban filtrált glukóz szívódik vissza (l. a 14. fejezetet). A folyamat mechanizmusa mindkét szervben hasonló.

A glukóz a lumenből a luminalis membrán Na+−glukóz-kotranszporterén (angol eredetű rövidítése SGLT) keresztül lép a sejtbe. A kotranszporter a luminalis felszínen csak Na+-ok jelenlétében köti nagy affinitással a glukózt; a kotranszporteren keresztül a Na+-ok az elektrokémiai potenciál irányában, a glukózmolekulák a kémiai gradiens ellenében lépnek a sejtbe. A gradienssel szembeni glukózfelvétel energiaszükségletét a Na+-ok elektrokémiai gradiense szolgáltatja. Mivel a sejtplazma Na+-koncentrációja alacsony, a glukóz a sejten belül disszociál a kotranszporterről. A szabaddá vált glukóz a basolateralis membrán GLUT-2 transzporterén (uniporter) keresztül koncentrációgradiense irányában lép ki az interstitialis folyadékba. A teljes felszívási folyamatnak további részese a basolateralis K+-csatorna: ezen keresztül a pumpaműködéssel a sejtbe felvett K+-ok folyamatosan távozhatnak az interstitialis folyadékba (basolateralis K+-ciklus).

Analóg kapcsolt transzportmechanizmusok szerepelnek –- más Na+-kotranszporterekkel és uniporterekkel – a vékonybélben és a vesetubulusokban az aminosavak, peptidek, epesavak, egyes vitaminok stb. felszívásában, de hasonló mechanizmussal folyik egyes anyagok felvétele a hepatocytákba is.

4-3. ábra. A glukóz másodlagosan aktív transzportja a hámsejtekben

Na+/H+ antiporter közvetítésével folyó transzport (másodlagosan aktív H+-szekréció)

Egyes hámokban (pl. a vese proximalis kanyarulatos csatornáiban) a Na+-felszívás H+-ok szekréciójához kapcsolódik. A folyamat másodlagosan kapcsolt aktív transzport, amelynek energiaigényét a Na+-ok elektrokémiai gradiense szolgáltatja. A transzporthoz az apicalis membránban elhelyezkedő kicserélési karrierre, Na+/H+ antiporterre van szükség. A szekréció folyamán az antiporter a sejten belül keletkező H+-okat használja fel. A protonokat a víz disszociációja szolgáltatja, a keletkező protonok azonnal szekrécióra kerülnek.

A H + -szekrécióhoz kapcsolódó intracelluláris neutralizálás mechanizmusa. A víz disszociációja a kicserélt protonokkal ekvivalens mennyiségű hidroxilionokat szolgáltat, és amennyiben ezek nem kerülnének azonnal semlegesítésre, az emelkedett OH-koncentráció a sejtplazma pH-értékét elviselhetetlen mértékben emelné meg. H+-szekréció csak addig folyhat, amíg az OH-ok hatásosan semlegesítődnek. Mindazokban a hámsejtekben, amelyekben H+-szekréció folyik, a víz disszociációjából keletkező hidroxilionok intracelluláris CO2-höz kötődnek. A keletkező HCO3 pedig specifikus transzporteren keresztül (pl. Na+/3 HCO3) elhagyja a sejtet, és így a keletkezett hidroxilionok neutralizálása teljessé válik. A CO2 és az OH között végbemenő reakció katalízis nélkül viszonylag lassú, de az intracelluláris szénsavanhidráz enzim jelentősen meggyorsítja. A katalizált reakció teszi lehetővé, hogy a H+-szekréció nagy sebességgel menjen végbe. A H+-szekréció megszűnik, ha a szénsavanhidrázt acetazolamiddal gátoljuk (az acetazolamidot régebben diuretikumként használták), minthogy a sejten belüli (normálisan 7,1 körüli) pH gyors ütemben lúgosodik, és a pH-érték 8 fölé emelkedik.

Másodlagosan aktív kloridtranszport

A transzcelluláris Cl-transzport egyes hámokban interstitialis folyadék → lumen irányú szekréció, míg másokban lumen → interstitialis folyadék irányú felszívás (4-4. ábra). Másodlagosan aktív kloridszekréció jellemzi a tápcsatorna különböző mirigyeinek működését (l. a 21. fejezetet), míg másodlagosan aktív kloridfelszívás a vese tubulusrendszerének egyes szegmentumaiban található (l. a 14. fejezetet). Mind a szekréció, mind a felszívás közös jellemzője, hogy egy (apicalis vagy basolateralis) elektroneutrális Na+−Cl-kotranszporter (Na+–K+–2 Cl- vagy Na+–Cl-kotranszporter) a Na+-gradiens terhére Cl-okat juttat a sejtbe. Ezzel magas intracelluláris Cl-koncentráció és jelentős transzmembrán Cl-gradiens épül ki. A Cl-transzport irányát (azaz, hogy Cl-szekréció vagy -felszívás folyik) a Cl-kotranszporterek basolateralis vagy luminalis elhelyezkedése és a Cl-csatornák ezzel ellentétes lokalizációja határozza meg.

Jelenleg meglehetősen nagyszámú, eltérő molekulaszerkezetű Na+–Cl-kotranszportert azonosítottak, ezek sejttípusonként különböznek (izoformák), és többségük szelektíven gátolható gyógyszerként is alkalmazott vegyületekkel (bumetamid, tiazidszármazékok stb.).

4-4. ábra. A) Másodlagosan aktív kloridszekréció. B) Másodlagosan aktív kloridfelszívás

Kloridszekréció.A kloridionokat szecernáló sejtekben a Na+–K+–2Cl-kotranszporter a basolateralis membránban helyezkedik el. A két pozitív ion a basolateralis membránon keresztül végez körforgást (4-4. ábra A). A Na+-ciklus a pumpán és a kotranszporteren keresztül folyik, a K+-ciklusban a basolateralis Na+–K+-pumpa és a kotranszporter együttesen hoznak létre K+-felvételt, és a K+-ok a basolateralis K+-csatornákon keresztül lépnek ki. A felvett Cl-ok a basolateralis membránon keresztül nem távozhatnak, a sejten belüli Cl-koncentráció megnövekszik, ezzel a sejtplazma és a lumen között elektrokémiai Cl-gradiens épül ki. A klorid a gradiens mentén a luminalis membrán szabályozott Cl-csatornáin keresztül távozik (másodlagosan aktív Cl-szekréció). A transzcelluláris Cl-transzportot passzív paracelluláris Na+-transzport követi. A kloridszekréció –eltérő molekuaszerkezetű transzporterekkel – hasonló mechanizmussal folyik a nyálmirigyek acinusaiban, a vékony- és vastagbél cryptáiban, a légutak kis mirigyeiben, továbbá a belső fülben. Egyes sejttípusokban a CFTR mellett ettől eltérő, Ca2+-mal aktivált kloridcsatornák szerepelnek a kloridszekrécióban.

Kloridfelszívás. Másodlagosan aktív Cl-felszívás jön létre, ha valamelyik Na+−Cl-kotranszporter a luminalis membránban van jelen (4-4. ábra B). Ebben az esetben a Na+-ok a kotranszporter közreműködésével gradiensük mentén lépnek a lumenből a sejtbe, a Cl-ok pedig a basolateralis membránon keresztül vagy Cl-csatornákon, vagy valamelyik kloridkotranszporterrel hagyják el a sejtet; a Na+-okat a basolateralis Na+–K+-pumpa távolítja el az interstitialis folyadékba (transzcelluláris Na+-transzport).

Bikarbonátszekréció

Bizonyos hámok bikarbonátionok szekréciójára is képesek (pancreas-kivezetőcsövek, duodenum és vastagbél, vese gyűjtőcsatornák). A hámsejtek egy részében a transzport kezdeti lépései megegyeznek a kloridszekréció lépéseivel; ezt követően a lumenbe kiválasztott Cl-ionok egy anioncserélő transzporteren keresztül intracelluláris HCO3-okra cserélődnek ki. Más hámsejtekben a sejten belül keletkezett bikarbonátionok az apicalis membrán Cl-csatornáján keresztül választódnak ki a lumenbe.

Primer pumpák szerepe a H+-szekrécióban

A 2. fejezetben ismertettük a sejtmembránnak azokat a primer pumpáit, amelyek ATP hidrolízise mellett protonokat visznek át a membránon (H+–K+-pumpa, H+-pumpa). Ezek közül a H+–K+-pumpa a gyomor fedősejtjeiben és a vese gyűjtőcsatornáinak egyes sejtjeiben, a H+-pumpa a vese gyűjtőcsatornák más sejtjeiben (továbbá a nem hámsejtek közül a csontvelői eredetű differenciált sejtekben) szerepel a H+-szekrécióban.

A H+–K+-pumpa közreműködésével folyó H+-szekrécióban mind az apicalis, mind a basolateralis membrán több alkotórésze is részt vesz (a fedősejtek H+-szekréciójának mechanizmusára a 21. fejezetben térünk vissza). A pumpa a lumen felé úgy választ ki H+-okat, hogy közben a lumenből azonos számú K+ lép a sejtbe: ennek megfelelően az apicalis membránban a H+–K+-pumpa működését kiegészíti egy K+-csatorna, amelyen keresztül a lumenből hiányzó K+-ok a sejtplazmából folyamatosan pótlódnak. Az apicalis membránban foglal helyet a Cl-csatorna (ennek természete még nem ismert). A sejten belül keletkező hidroxilionok folyamatos neutralizálását az előbbiekben már ismertettük. A fedősejtekben a HCO3-ok folyamatos eltávolításáról a basolateralis membrán HCO3/Cl kicserélő transzportere gondoskodik, amely egyidejűleg pótolja a HCl-szekréció során a lumenbe távozott kloridionokat (a vesében mind az apicalis, mind a basolateralis transzporterek ettől némileg különböznek, l. a 14. fejezetet).

ABC transzporterek szerepe a szekrécióban

Egyes sejtek különlegesen differenciált luminalis membránjában (pl. a hepatocyták canalicularis membránjában, l. a 21. fejezetet) a primer pumpák ABC (multidrog) transzporterek, amelyek ATP hasítása közben juttatnak ki molekulákat az epecanaliculusokba. Ilyen transzporterek – amelyeket szerkezetük alapján neveztek el MDR-, MRP- és SPGP-proteineknek – juttatják az epébe annak különböző alkotórészeit (epesavas sókat, bilirubin-diglukuronidot, foszfatidil-kolint stb.).

Az aszimmetrikus (polarizált) membránszerkezet kialakulása

A kialakulási stádiumban lévő epithelsejtek eredetileg nem aszimmetrikusak. Szövettenyészetekben a plazmamembrán és a sejten belüli organellumok aszimmetriája akkor kezd kialakulni, amikor a hámsejtek érintkezésbe lépnek egymással. A sejtek felszínén lévő specifikus fehérjék, a kadherinek (kalciumot kötő adhéziós fehérjék, calcium-binding adhesion proteins) jelzik a szomszédos sejttel való kontaktust. A jelzés kölcsönös, mindkét irányban működik. Ez az aszimmetria kialakulásának első feltétele: csak a kadherinek jelzését követően lesz képes a lateralis plazmamembrán „befogadni” az odaérkező specifikus transzportfehérjéket, vagy azokat szelektív módon eltávolítani. Ha szövettenyészetben a sejt-sejt érintkezés megszakad, akkor – a plazmamembrán felől jövő jelzések hiányában – az aszimmetria is megszűnik, a sejtek elvesztik polaritásukat.

Az aszimmetrikus sejtszerkezetet az újonnan szintetizált plazmamembrán-fehérjék célba juttatása és a sejtorganellumok átrendeződése hozza létre. A membránfehérjék az endoplasma-reticulumban szintetizálódnak, onnan a Golgi-rendszeren keresztül kerülnek a transz-Golgi ciszternákba. Az osztályozás, ill. célba juttatás („sorting” és „targeting”) a Golgi-rendszerben folyik. A „címzést” jelentő információ, amelynek alapján a fehérje a luminalis vagy a basolateralis membránba kerül, egy specifikus felismerő szekvenciarészlet, a peptidláncban néhány aminosavból álló motívum.

A luminalis és a basolateralis membránrészletekben elkülönült fehérjék maradnak a saját membránrészükben. A szoros kapcsolatot alkotó fehérjék ugyanis mélyen behatolnak a plazmamembránba, és megszakítva a lipid kettős réteg folyamatosságát, megakadályozzák a lateralis diffúziót. Néhány integráns fehérjét ezen kívül egyes specifikus cytoskeleton fehérjék is helyhez rögzítenek.

A hámsejtekben nem csak a plazmamembrán mutat polaritást. Valójában a sejt legtöbb eleme, beleértve az endoplasma-reticulumot, a Golgi-apparátust és a cytoskeletont a hámsejt fejlődésével együtt polarizálódik.

Mérföldkövek

1949–1958: H. H. Ussing a békabőrön keresztüli transzportot vizsgálva definiálja az aktív transzport fogalmát, kidolgozza a transzport kvantitatív mérését, és megszerkeszti a hámtranszport “két membránnal elválasztott három kompartment” modelljét.

1960: F. Crane felismeri, hogy a vékonybélben a glukóz és a Na+ felszívása kapcsolt folyamatok.

1983: P. M. Quinton, továbbá M. R. Knowles és mtsai egymástól függetlenül felismerik, hogy a cystás fibrosis (CF) nevű súlyos örökletes megbetegedésben az alapvető hiba a sejtek abnormális ionpermeabilitásában van.

1989: 3 munkacsoport egymástól függetlenül azonosítja a cystás fibrosis kialakulásáért felelős gént, a gén által kódolt fehérjét ettől kezdve CFTR-ként említik (cystás fibrosis transzmembrán-konduktancia regulátor)