Białko transportu błonowego - Membrane transport protein

Membranowy transport białek (lub po prostu transportera ) jest białkiem błony zaangażowanych w przepływie jonów , małe cząsteczki i makrocząsteczki , takie jak inne białka , w poprzek błony biologicznej . Białka transportowe są integralnymi białkami transbłonowymi ; to znaczy, że istnieją stale wewnątrz i obejmują błonę, przez którą przenoszą substancje. Białka mogą wspomagać ruch substancji poprzez ułatwioną dyfuzję lub aktywny transport . Dwa główne typy białek biorących udział w takim transporcie są szeroko klasyfikowane jako kanały lub nośniki . Do nośników substancji rozpuszczonej i atypowe SLC wtórne aktywne lub udogadniania transportu ludzi. Łącznie transportome i kanały błonowe są transportomem. Transportomy regulują napływ i wypływ nie tylko jonów i składników odżywczych do komórek, ale także leków.

Różnica między kanałami a nośnikami

Przewoźnik nie jest otwarty równocześnie do zewnątrzkomórkowych i środowiskach wewnątrzkomórkowych. Albo jego wewnętrzna brama jest otwarta, albo zewnętrzna brama jest otwarta. W przeciwieństwie do tego, kanał może być otwarty na oba środowiska jednocześnie, umożliwiając molekułom dyfuzję bez zakłóceń. Nośniki mają miejsca wiążące, ale pory i kanały nie. Kiedy kanał jest otwarty, miliony jonów mogą przechodzić przez błonę na sekundę, ale tylko 100 do 1000 cząsteczek zazwyczaj przechodzi przez cząsteczkę nośnika w tym samym czasie. Każde białko nośnikowe jest zaprojektowane tak, aby rozpoznawać tylko jedną substancję lub jedną grupę bardzo podobnych substancji. Badania skorelowały defekty określonych białek nośnikowych z określonymi chorobami.

Transport aktywny

Główny artykuł: Aktywny transport
Działanie pompy sodowo-potasowej jest przykładem pierwotnego transportu aktywnego. Dwa białka nośnikowe po lewej wykorzystują ATP do wyprowadzania sodu z komórki wbrew gradientowi stężeń. Białka po prawej wykorzystują wtórny transport aktywny, aby przenieść potas do komórki.

Transport aktywny to ruch substancji przez błonę wbrew gradientowi jej stężenia. Zwykle ma to na celu gromadzenie wysokich stężeń cząsteczek, których potrzebuje komórka, takich jak glukoza lub aminokwasy. Jeśli w procesie wykorzystuje się energię chemiczną, taką jak trójfosforan adenozyny (ATP), nazywa się to pierwotnym transportem aktywnym . Wtórny transport aktywny polega na wykorzystaniu gradientu elektrochemicznego i nie wykorzystuje energii wytwarzanej w komórce. W przeciwieństwie do białek kanałowych, które tylko biernie transportują substancje przez błony, białka nośnikowe mogą transportować jony i cząsteczki biernie poprzez ułatwioną dyfuzję lub poprzez wtórny transport aktywny. Białko nośnikowe jest wymagane do przenoszenia cząstek z obszarów o niskim stężeniu do obszarów o wysokim stężeniu. Te białka nośnikowe mają receptory, które wiążą się z określoną cząsteczką (substratem) wymagającą transportu. Transportowana cząsteczka lub jon (substrat) musi najpierw związać się w miejscu wiązania w cząsteczce nośnika z pewnym powinowactwem wiązania. Po związaniu i gdy miejsce wiązania jest skierowane w tę samą stronę, nośnik wychwytuje lub zamyka (przyjmuje i zatrzymuje) substrat w swojej strukturze molekularnej i powoduje wewnętrzną translokację, tak że otwór w białku jest teraz skierowany w drugą stronę błona plazmatyczna. Substrat białka nośnikowego jest uwalniany w tym miejscu, zgodnie z jego powinowactwem tam.

Ułatwiona dyfuzja

Główny artykuł: Ułatwiona dyfuzja
Ułatwiona dyfuzja w błonie komórkowej, ukazująca kanały jonowe (po lewej) i białka nośnikowe (trzy po prawej).

Ułatwiona dyfuzja to przechodzenie cząsteczek lub jonów przez błonę biologiczną przez określone białka transportowe i nie wymaga wkładu energii. Ułatwiona dyfuzja jest stosowana zwłaszcza w przypadku dużych cząsteczek polarnych i naładowanych jonów; gdy takie jony zostaną rozpuszczone w wodzie, nie mogą swobodnie dyfundować przez błony komórkowe ze względu na hydrofobową naturę ogonków kwasów tłuszczowych fosfolipidów, które tworzą dwuwarstwy. Rodzaj białek nośnikowych stosowanych w dyfuzji ułatwionej różni się nieco od tych stosowanych w transporcie aktywnym. Nadal są transbłonowymi białkami nośnikowymi, ale są to bramkowane kanały transbłonowe, co oznacza, że ​​nie przemieszczają się wewnętrznie ani nie wymagają ATP do funkcjonowania. Substrat jest pobierany z jednej strony bramkowanego nośnika i bez użycia ATP jest uwalniany do komórki. Mogą być wykorzystane jako potencjalne biomarkery.

Odwrócona dyfuzja

Główny artykuł: Transport odwrotny

Transport odwrotny lub odwrócenie transportera to zjawisko polegające na tym, że substraty białka transportującego przez błonę przemieszczają się w kierunku przeciwnym do ich typowego ruchu przez transporter. Odwrócenie transportera zwykle występuje, gdy białko transportujące przez błonę jest fosforylowane przez określoną kinazę białkową , która jest enzymem, który dodaje grupę fosforanową do białek.

Rodzaje

(Pogrupowane według kategorii bazy danych klasyfikacji transporterów )

1: Kanały/pory

Ułatwiona dyfuzja zachodzi do iz błony komórkowej poprzez kanały/pory i nośniki/portery.

Notatka:

  • Kanały:

Kanały są w stanie otwartym lub zamkniętym. Kiedy kanał jest otwarty z niewielkim przełącznikiem konformacyjnym, jest otwarty na oba środowiska jednocześnie (pozakomórkowe i wewnątrzkomórkowe)

  • Ten obraz przedstawia symport. Żółty trójkąt pokazuje gradient stężenia dla żółtych kółek, podczas gdy zielony trójkąt pokazuje gradient stężenia dla zielonych kółek, a fioletowe pręciki to wiązka białek transportowych. Zielone kółka poruszają się w kierunku przeciwnym do gradientu stężenia poprzez białko transportowe, które wymaga energii, podczas gdy żółte kółka przesuwają się w dół gradientu stężenia, który uwalnia energię. Żółte kółka wytwarzają więcej energii poprzez chemiosmozę niż jest to potrzebne do poruszania zielonych kółek, więc ruch jest sprzężony, a część energii jest niwelowana. Jednym z przykładów jest permeaza laktozy, która umożliwia protonom schodzenie w dół gradientu stężeń do komórki, jednocześnie pompując laktozę do komórki.
    Pory:

Pory są stale otwarte na oba te środowiska, ponieważ nie ulegają one zmianom konformacyjnym. Są zawsze otwarci i aktywni.

2: Transportery napędzane potencjałem elektrochemicznym

Nazywane również białkami nośnikowymi lub nośnikami wtórnymi.

3: Podstawowe aktywne transportery

  • 3.A: Transportery napędzane hydrolizą PP-bond:
    • Transporter kasetowy wiążący ATP ( transporter ABC), taki jak MDR , CFTR
    • ATPaza typu V  ; ( „V” odnosi się do wakuoli).
    • ATPaza typu P  ; ( „P” związane z fosforylacją), takie jak :
    • To zdjęcie przedstawia antyport. Żółty trójkąt pokazuje gradient stężenia dla żółtych kółek, podczas gdy niebieski trójkąt pokazuje gradient stężenia dla niebieskich kółek, a fioletowe pręciki to wiązka białek transportowych. Niebieskie kółka poruszają się w kierunku przeciwnym do gradientu stężenia poprzez białko transportowe, które wymaga energii, podczas gdy żółte kółka przesuwają się w dół gradientu stężenia, który uwalnia energię. Żółte kółka wytwarzają więcej energii poprzez chemiosmozę niż to, co jest potrzebne do poruszenia niebieskich kółek, więc ruch jest sprzężony, a część energii jest anulowana. Jednym z przykładów jest wymiennik sód-proton, który umożliwia protonom schodzenie w dół ich gradientu stężenia do komórki podczas wypompowywania sodu z komórki.
      ATPaza typu F ; („F” związane z czynnikiem), w tym: mitochondrialna syntaza ATP , chloroplastowa syntaza ATP1
  • 3.B: Transportery napędzane dekarboksylacją
  • 3.C: Transportery napędzane transferem metylowym
  • 3.D: Transportery napędzane oksydoredukcją
  • 3.E: Transportery oparte na absorpcji światła, takie jak rodopsyna

4: Translokatory grupowe

Translokatory grup zapewniają specjalny mechanizm fosforylacji cukrów, ponieważ są one transportowane do bakterii (translokacja grup PEP)

5: Nośniki elektronów

Transbłonowe nośniki przenoszenia elektronów w błonie obejmują nośniki dwuelektronowe, takie jak oksydoreduktazy z wiązaniami dwusiarczkowymi (DsbB i DsbD w E. coli), a także nośniki jednoelektronowe, takie jak oksydaza NADPH. Często te białka redoks nie są uważane za białka transportowe.

Przykłady

Każde białko nośnikowe, zwłaszcza w tej samej błonie komórkowej, jest specyficzne dla jednego typu lub rodziny cząsteczek. Na przykład GLUT1 to nazwane białko nośnikowe znajdujące się w prawie wszystkich błonach komórkowych zwierząt, które transportuje glukozę przez dwuwarstwę. Inne specyficzne białka nośnikowe również w istotny sposób wspomagają funkcjonowanie organizmu. Cytochromy działają w łańcuchu transportu elektronów jako białka nośnikowe dla elektronów.

Patologia

Szereg chorób dziedzicznych obejmuje defekty białek nośnikowych w określonej substancji lub grupie komórek. Cysteinuria (cysteina w moczu i pęcherzu) jest taką chorobą, w której występują uszkodzone białka nośnikowe cysteiny w błonach komórkowych nerek. Ten system transportowy normalnie usuwa cysteinę z płynu przeznaczonego do przekształcenia się w mocz i zwraca ten niezbędny aminokwas do krwi. Gdy ten nośnik działa nieprawidłowo, duże ilości cysteiny pozostają w moczu, gdzie jest stosunkowo nierozpuszczalna i ma tendencję do wytrącania się. To jedna z przyczyn kamieni moczowych. Wykazano, że niektóre białka nośnikowe witamin wykazują nadekspresję u pacjentów z chorobą nowotworową. Na przykład wykazano , że poziom białka nośnikowego ryboflawiny (RCP) jest znacznie podwyższony u osób z rakiem piersi .

Zobacz też

Bibliografia

Anderle, P., Barbacioru, C., Bussey, K., Dai, Z., Huang, Y., Papp, A., Reinhold, W., Sadee, W., Shankavaram, U., & Weinstein, J. (2004). Transportery i kanały błonowe: rola transportomu w chemiowrażliwości i chemiooporności raka. Badania nad rakiem, 54, 4294-4301.

Linki zewnętrzne