Жасуша мембранасы арқылы заттардың тасымалы: Унипортерлер
Uniporter
Жасуша мембранасы арқылы заттардың пассивті тасымалы: унипортерлер, арналар, тасымалдаушылар. Энергия қажет етілмейді, концентрация градиентімен жүзеге асады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Біртекті тасымалдаушылар, сондай-ақ ерітінді тасымалдаушылар немесе жеңілдетілген тасымалдаушылар деп аталады, бұл жасушалық мембрана арқылы ерітінділерді (кішкентай молекулалар, иондар немесе басқа заттар) пассивті түрде тасымалдайтын мембраналық тасымалдау ақуыздарының түрі. Олар ерітінділердің концентрация градиенті бойынша жоғары концентрациялы аймақтан төмен концентрациялы аймаққа қозғалуы үшін жеңілдетілген диффузияны пайдаланады. Белсенді тасымалдаудан айырмашылығы, олар жұмыс істеу үшін АТФ түріндегі энергияны қажет етпейді. Біртекті тасымалдаушылар нақты бір ионды немесе молекуланы тасымалдауға маманданған және оларды каналдар немесе тасымалдаушылар деп жіктеуге болады. Жеңілдетілген диффузия үш механизм арқылы жүзеге асуы мүмкін: унипорт, симпорт немесе антипорт. Әрбір механизмнің айырмашылығы тасымалдау бағытына байланысты, мұнда унипорт – басқа ерітіндінің тасымалымен байланыстырылмаған жалғыз тасымалдау түрі. Біртекті тасымалдаушы ақуыздар бір уақытта бір молекулаға немесе субстратқа байланысу арқылы жұмыс істейді. Біртекті тасымалдаушы каналдары стимулға жауап ретінде ашылады және нақты молекулалардың еркін ағылуына мүмкіндік береді. Аминқышқылдарының тасымалдаушылары ми жасушаларында нейротрансмиттер өндірісі үшін бейтарап аминқышқылдарын тасымалдау қызметін атқарады. Бұл канал натрий-калий сорғылары жасаған кернеу градиентімен белсендіріледі. Мембрана белгілі бір кернеуге жеткенде, каналдар ашылады, бұл мембрананың деполяризациясына және мембрана бойымен әрекет потенциалының жіберілуіне әкеледі. Глюкоза тасымалдаушылары плазмалық мембранада кездеседі және глюкозаны тасымалдауда маңызды рөл атқарады. Олар глюкозаны қаннан немесе жасушадан тыс кеңістіктен жасушаларға әкелуге көмектеседі, әдетте энергия өндіру үшін метаболикалық процестерде пайдаланылады. 1855 жылы физиолог Адольф Фик осмосты және қарапайым диффузияны ерітінділердің жоғары концентрациялы аймақтан төмен концентрацияға қозғалу бейімі ретінде анықтады, бұл Фик диффузия заңдары ретінде де белгілі. 1890 жылдары Чарльз Овертонның жұмысы биологиялық мембрананың жартылай өткізгіш екенін көрсетті, бұл жасушаларға кіретін және шығатын заттардың реттелуін түсіну үшін маңызды болды. 1960-1970 жылдардағы глюкоза және басқа да қоректік заттардың тасымалына қатысты зерттеулер мембраналық тасымалдау ақуыздарының ерекшелігі мен таңдаулылығын көрсетті. Биохимиядағы технологиялық жетістіктер осы ақуызды жасушалық мембраналардан бөліп алып, сипаттауға көмектесті. Бактериялар мен ашытқылар бойынша жүргізілген генетикалық зерттеулер тасымалдаушыларды кодтау үшін жауапты гендерді анықтады. Бұл глюкоза тасымалдаушыларының (GLUT ақуыздары) табылуына әкелді, ал GLUT1 бірінші сипатталған. Әртүрлі тасымалдаушыларды кодтайтын гендік отбасыларды, мысалы, ерітінді тасымалдаушы (SLC) отбасыларын анықтау унипорттар және олардың функциялары туралы білімді одан әрі дамытты.
Uniporters, also known as solute carriers or facilitated transporters, are a type of membrane transport protein that passively transports solutes (small molecules, ions, or other substances) across a cell membrane. It uses facilitated diffusion for the movement of solutes down their concentration gradient from an area of high concentration to an area of low concentration. Unlike active transport, it does not require energy in the form of ATP to function. Uniporters are specialized to carry one specific ion or molecule and can be categorized as either channels or carriers. Facilitated diffusion may occur through three mechanisms: uniport, symport, or antiport. The difference between each mechanism depends on the direction of transport, in which uniport is the only transport not coupled to the transport of another solute. Uniporter carrier proteins work by binding to one molecule or substrate at a time. Uniporter channels open in response to a stimulus and allow the free flow of specific molecules. The amino acid transporters function in transporting neutral amino acids for neurotransmitter production in brain cells. This channel is activated by a voltage gradient created by sodium potassium pumps. When the membrane reaches a certain voltage, the channels open, which depolarizes the membrane, leading to an action potential being sent down the membrane. Glucose transporters are found in the plasma membrane and play a role in transporting glucose. They help to bring glucose from the blood or extracellular space into cells usually to be utilized for metabolic processes in generating energy. In 1855, the physiologist Adolf Fick was the first to define osmosis and simple diffusion as the tendency for solutes to move from a region of higher concentration to a lower concentration, also very well known as Fick's Laws of Diffusion. Through the work of Charles Overton in the 1890s, the concept that the biological membrane is semipermeable became important to understanding the regulation of substances in and out of the cells. In the 1960s 1970s, studies on the transport of glucose and other nutrients highlighted the specificity and selectivity of membrane transport proteins. Technological advancements in biochemistry helped isolate and characterize these proteins from cell membranes. Genetic studies on bacteria and yeast identified genes responsible for encoding transporters. This led to the discovery of glucose transporters (GLUT proteins), with GLUT1 being the first to be characterized. Identification of gene families encoding various transporters, such as solute carrier (SLC) families, also advanced knowledge on uniporters and its functions.
Глюкоза тасымалдаушы (GLUT)
Глюкоза тасымалдаушы (GLUT) – глюкоза молекулаларының жасушалық мембраналар арқылы жеңілдетілген диффузиясына жауапты унипортерлердің бір түрі. Глюкоза көптеген тірі жасушалар үшін маңызды энергия көзі болып табылады, бірақ оның үлкен мөлшеріне байланысты ол жасуша мембранасы арқылы еркін өте алмайды. Глюкоза тасымалдаушы глюкозаны мембрана арқылы тасымалдауға маманданған. GLUT ақуыздарының бірнеше изоформасы бар, олардың әрқайсысы әртүрлі тіндерде орналасқан және әртүрлі кинетикалық қасиеттерге ие. Адамдарда он төрт GLUT ақуызының экспрессиясы анықталған. І класс GLUT-тарға ең көп зерттелген изоформалардың бірі – GLUT1 және GLUT2 жатады. Глюкоза глюкоза тасымалдаушыға байланысқанда, ақуыз каналдары пішінін өзгертеді және глюкозаны мембрана арқылы тасымалдау үшін конформациялық өзгеріске ұшырайды. Глюкоза байланысы үзілгенде, ақуыз бастапқы пішініне қайта оралады. Глюкоза тасымалдаушы мида, бұлшықеттерде және бүйректерде жоғары энергия талап ететін физиологиялық процестерді жүзеге асыру үшін маңызды, себебі ол метаболизм үшін жеткілікті мөлшерде энергия субстратын қамтамасыз етеді. Глюкоза метаболизмімен байланысты жағдайдың мысалы – қант диабеті, ол ауруды басқаруда глюкозаның сіңуін реттеудің маңыздылығын көрсетеді.
The glucose transporter (GLUTs) is a type of uniporter responsible for the facilitated diffusion of glucose molecules across cell membranes. Glucose is a vital energy source for most living cells, however, due to its large size, it cannot freely move through the cell membrane. The glucose transporter is specialized in transporting glucose specifically across the membrane. The GLUT proteins have several types of isoforms, each distributed in different tissues and exhibiting different kinetic properties. Humans have been found to express fourteen GLUT proteins. Class I GLUTs include GLUT1, one of the most studied isoforms, and GLUT2. When glucose binds to the glucose transporter, the protein channels change shape and undergo a conformational change to transport the glucose across the membrane. Once the glucose unbinds, the protein returns to its original shape. The glucose transporter is essential for carrying out physiological processes that require high energy demands in the brain, muscles, and kidneys by providing an adequate amount of energy substrate for metabolism. Diabetes, an example of a condition that involves glucose metabolism, highlights the importance of the regulation of glucose uptake in disease management.
Митохондриялық Ca2+ инпортері (MCU)
Митохондриялық кальций унипортері (МКБ) – цитоплазмадан кальций иондарын (Ca2+) матрицаға қабылдауға арналған, ішкі митохондриялық матрицада орналасқан ақуыз кешені. Кальций иондарының тасымалы жасушалық функцияда митохондриядағы энергия өндірісін, цитозольдік кальций сигнализациясын және жасуша өлімін реттеу үшін пайдаланылады. Унипортер цитоплазмалық кальций деңгейі 1 мкМ-нан жоғарылағанда белсендіріледі. Бұл субъединицалар митохондриядағы кальцийді қабылдауды реттеу үшін бірлесіп жұмыс істейді. Атап айтқанда, EMRE субъединицасы кальцийді тасымалдау үшін, ал MICU субъединицасы цитоплазмадағы кальций концентрациясының артық жүктелуін болдырмау үшін МКБ активтілігін қатаң түрде реттеу үшін жұмыс істейді. LAT1 үлкен тармақталған немесе ароматикалық тізбектері бар аминқышқылдарының тасымалын жеңілдетеді. Аминқышқылдарын тасымалдаушының функциясы – ішек эпителийіне, плацентаға және қан-миық бөгетіне қажетті аминқышқылдарын жеткізу, сондай-ақ метаболизм және жасуша сигнализациясы сияқты жасушалық процестерді қамтамасыз ету. Бұл тасымалдаушы орталық нерв жүйесінде ерекше маңызға ие, себебі ол ақуыз синтезі мен ми жасушаларында нейротрансмиттерлер өндірісі үшін қажетті аминқышқылдарын қамтамасыз етеді. LAT1-дің жоғары экспрессиясы адамның қатерлі ісіктерінде анықталды және қатерлі ісіктің метаболизміне қатысы бар.
The mitochondrial calcium uniporter (MCU) is a protein complex located in the inner mitochondrial matrix that functions to take up calcium ions (Ca2+) into the matrix from the cytoplasm. The transport of calcium ions is specifically used in cellular function for regulating energy production in the mitochondria, cytosolic calcium signaling, and cell death. The uniporter becomes activated when cytoplasmic levels of calcium rise above 1 uM. These subunits work together to regulate the uptake of calcium in the mitochondria. Specifically, the EMRE subunit functions for the transport of calcium, and the MICU subunit functions in tightly regulating the activity of MCU to prevent the overload of calcium concentrations in the cytoplasm. LAT1 favors the transport of amino acids with large branched or aromatic side chains. The amino acid transporter functions to move essential amino acids into the intestinal epithelium, placenta, and blood brain barrier for cellular processes such as metabolism and cell signaling. The transporter is of particular significance in the central nervous system as it provides the necessary amino acids for protein synthesis and neurotransmitter production in brain cells. Over expression of LAT1 has been found in human cancer and is associated with playing a role in cancer metabolism.