Кіріспе
Трансмембраналық ақуыз, иондарды биологиялық мембрана арқылы тасымалдайды. Биологияда транспортер – биологиялық мембрана арқылы иондарды (немесе басқа да шағын молекулаларды) тасымалдайтын трансмембраналық ақуыз. Бұл жасушалық байланыс, гомеостазды сақтау, энергия өндіру сияқты көптеген биологиялық функцияларды іске асыруға мүмкіндік береді. Транспортерлердің түрлеріне сорғылар (насостар), унипортерлер, антипортерлер және симпортерлер жатады. Активті транспортерлер немесе иондық сорғылар – аденозин трифосфаты (АТФ), күн сәулесі және басқа да тотығу-тотықсыздану реакциялары сияқты әртүрлі көздерден алынған энергияны иондарды концентрациялық градиентке қарсы сорғылау арқылы потенциалдық энергияға айналдыратын транспортерлер. Бұл потенциалдық энергияны екіншілік тасымалдаушылар, соның ішінде ион тасымалдаушылар мен иондық каналдар, АТФ синтезі сияқты маңызды жасушалық процестерді қозғау үшін пайдалана алады. Иондық транспортерлер жасушаның қалыпты жұмыс істеуі үшін маңызды, сондықтан жасуша оларды қатаң реттейді және зерттеушілер оларды әртүрлі әдістермен зерттейді. Жасушалық реттеудің және зерттеу әдістерінің мысалдары келтіріледі.
In biology, a transporter is a transmembrane protein that moves ions (or other small molecules) across a biological membrane to accomplish many different biological functions, including cellular communication, maintaining homeostasis, energy production, etc. There are different types of transporters including pumps, uniporters, antiporters, and symporters. Active transporters or ion pumps are transporters that convert energy from various sources—including adenosine triphosphate (ATP), sunlight, and other redox reactions—to potential energy by pumping an ion up its concentration gradient. This potential energy could then be used by secondary transporters, including ion carriers and ion channels, to drive vital cellular processes, such as ATP synthesis. Ion transporters are essential for proper cell function and thus they are highly regulated by the cell and studied by researchers using a variety of methods. Some examples of cell regulations and research methods will be given.
Жіктеу және түсініктілігін арттыру
Ион тасымалдаушылар 12 тасымалдаушы отбасынан тұратын тасымалдаушылардың супер отбасы ретінде жіктеледі. Бұл отбасылар Халықаралық биохимия және молекулалық биология одағы (IUBMB) қолданатын Транспорттық сыныптама (TC) жүйесінің бөлігі болып табылады және тасымалданатын субстраттар, тасымалдау механизмі, қолданылатын энергия көзі сияқты ерекшеліктеріне және әрбір белокты құрайтын ДНК тізбектерін салыстыру арқылы топтастырылады. Ең маңызды біріктіруші фактор – субстраттың зарядталған болуы, ол ионның тасымалдануын, емес бейтарап молекуланың тасымалдануын көрсетеді. Бұл тасымалдау энергия көзі ретінде АТФ-ты пайдалануға немесе электрондық тасымалдау тізбегі сияқты механизмдер арқылы АТФ-ты өндіруге, мысалы, өсімдіктерде қолданылуы мүмкін, бұл Янус Киназа 2 және Ca2+ АТФазасымен реттеледі, сондай-ақ АДФ және АТФ концентрацияларына сезімтал. P гликопротеині – адам организміндегі ABC тасымалдау белдеуінің бір мысалы.
АТФ өндіретін тасымалдаушы
АТФ өндіретін транспортерлер АТФ қолданатын транспортерлерге кері бағытта жұмыс істейді. Бұл ақуыздар иондарды концентрация градиенті бойынша жоғары концентрациядан төмен концентрацияға тасымалдайды, бірақ осы процесте АТФ пайда болады. Концентрация градиенті түріндегі потенциалдық энергия АТФ жасауға жұмсалады.
Екіншілік тасымалдаушы
Екіншілік тасымалдаушылар иондарды (немесе кіші молекулаларды) концентрация градиентіне қарсы – төмен концентрациядан жоғары концентрацияға қарай тасымалдайды. Бірақ, концентрация градиентін құру үшін АТФ қолданатын біріншілік тасымалдаушылардан ерекше, екіншілік тасымалдаушылар иондарды тасымалдау үшін біріншілік тасымалдаушылар жасаған концентрация градиентінің потенциалдық энергиясын пайдаланады. Мысалы, натрий өз концентрация градиенті бойынша төмен ағып, глюкозаны оның концентрация градиентіне қарсы, клеткаға қайта итеру үшін жеткілікті энергия береді. Бұл ұсақ ішек пен бүйректерде глюкозаның жоғалуын болдырмау үшін маңызды. Натрий-глюкоза симпортері сияқты симпортерлер ионды оның концентрация градиентімен бірге тасымалдайды және екінші молекуланың тасымалын сол бағытта байланыстырады. Антипортерлер де бір молекуланың концентрация градиентін пайдаланып, екінші молекуланы оның концентрация градиентіне қарсы жылжытады, бірақ байланысқан молекула кері бағытта тасымалданады. Фосфат тобының қосылуымен белоктың белсендірілуі немесе тежелуі нақты белокқа байланысты. Алостериялық тежеу кезінде реттеуші лиганд реттеуші орынға байланысып, тасымалдаушыны тежеуі немесе белсендіруі мүмкін. Ион тасымалдаушылар ерітіндідегі иондардың концентрациясымен (олар тасымалдайтын иондардың өзі емес) де реттелуі мүмкін. Мысалы, электрондық тасымалдау тізбегі ерітіндідегі H+ иондарының (pH) болуымен реттеледі. Оның алғашқы жұмысынан бөлек, патч-кламп әдісінің жетістігі жалғасуда және зерттеушілер ион тасымалдаушыларды зерттеу үшін және оларға қоршаған орта мен лигандтардың қалай әсер ететінін анықтау үшін оны жиі қолданады.
Рентгендік кристаллография
Рентгендік кристаллография – ақуыздардың құрылымын көруге мүмкіндік беретін тамаша құрал, бірақ ол тек бір ақуыз конформациясының бір сәтін ғана көрсетеді. Транспорттық ақуыздардың құрылымы зерттеушілерге молекулаларды мембрана арқылы қалай және қандай механизм арқылы тасымалдайтынын түсінуге көмектеседі.
Фотоағартудан кейін флуоресценция қалпына келтіру
Флуоресценциядан кейін қалпына келтіру (ФҚҚ) – липидтер немесе белоктардың мембранадағы таралуын қадағалауға қолданылатын әдіс. Бұл техника жасушадағы тасымалдаушылардың жылдамдығын және жасуша мембранасындағы липид домендерімен және липидтік рафтармен өзара әрекеттесуін жақсырақ түсіну үшін пайдаланылады.
Фёрстер резонанстық энергиясы
Фёрстер резонанстық энергия беру (FRET) – екі белоктың бір-біріне қаншалықты жақын екенін флуоресценция арқылы қадағалауға мүмкіндік беретін техника. Бұл әдіс тасымалдағыштарды зерттеуде, олардың басқа жасушалық белоктармен қалай өзара әрекеттесетінін анықтау үшін қолданылған.