Введение
Транспортный мембранный белок (или просто транспортер) – это мембранный белок, участвующий в перемещении ионов, малых молекул и макромолекул, таких как другой белок, через биологическую мембрану. Транспортные белки являются интегральными трансмембранными белками, то есть они постоянно находятся внутри и пронизывают мембрану, через которую транспортируют вещества. Белки могут способствовать перемещению веществ посредством облегченной диффузии, активного транспорта, осмоса или обратной диффузии. Два основных типа белков, участвующих в таком транспорте, обычно классифицируются как каналы или переносчики. Примеры белков-каналов/переносчиков включают унипортер GLUT 1, натриевые каналы и калиевые каналы. Переносчики растворенных веществ и атипичные SLC являются вторичными активными или облегченными транспортерами у человека. Совокупность мембранных транспортеров и каналов известна как транспортом. Транспортом управляет клеточный приток и отток не только ионов и питательных веществ, но и лекарственных препаратов.
A membrane transport protein (or simply transporter) is a membrane protein involved in the movement of ions, small molecules, and macromolecules, such as another protein, across a biological membrane. Transport proteins are integral transmembrane proteins; that is they exist permanently within and span the membrane across which they transport substances. The proteins may assist in the movement of substances by facilitated diffusion, active transport, osmosis, or reverse diffusion. The two main types of proteins involved in such transport are broadly categorized as either channels or carriers. Examples of channel/carrier proteins include the GLUT 1 uniporter, sodium channels, and potassium channels. The solute carriers and atypical SLCs are secondary active or facilitative transporters in humans. Collectively membrane transporters and channels are known as the transportome. Transportomes govern cellular influx and efflux of not only ions and nutrients but drugs as well.
Разница между каналами и носителями
Носитель не открыт одновременно как для внеклеточной, так и для внутриклеточной среды. Открыты либо его внутренние ворота, либо внешние. В отличие от этого, канал может быть открыт для обеих сред одновременно, позволяя молекулам диффундировать непрерывно. Носители имеют сайты связывания, а поры и каналы – нет. При открытии канала миллионы ионов могут проходить через мембрану в секунду, в то время как через одну молекулу-носитель обычно проходит лишь 100–1000 молекул за то же время. Каждый белок-носитель предназначен для распознавания только одного вещества или группы очень похожих веществ. Исследования выявили связь между дефектами в конкретных белках-носителях и определенными заболеваниями.
Активная транспортировка
Активный транспорт – это перемещение вещества через мембрану против его градиента концентрации. Обычно это необходимо для накопления высоких концентраций молекул, нужных клетке, таких как глюкоза или аминокислоты. Если в процессе используется химическая энергия, например, аденозинтрифосфат (АТФ), это называется первичным активным транспортом. Мембранные транспортные белки, работа которых напрямую обусловлена гидролизом АТФ, называются АТФ-азами или АТФ-аза насосами. Эти насосы напрямую связывают экзергонический гидролиз АТФ с неблагоприятным перемещением молекул против их градиента концентрации. Примеры АТФ-аза насосов включают АТФ-азы P-типа, V-типа, F-типа и ABC-транспортеры. Вторичный активный транспорт включает использование электрохимического градиента и не требует затрат энергии, производимой клеткой. Вторичный активный транспорт обычно использует белки-переносчики, как правило, симпортеры и антипортеры. Симпортеры осуществляют совместный транспорт одной молекулы по ее градиенту концентрации и другой – против градиента, при этом обе молекулы перемещаются в одном направлении. Антипортеры переносят одну молекулу по ее градиенту концентрации, используя эту энергию для перемещения другой молекулы против градиента, но в противоположных направлениях. Поскольку симпортеры и антипортеры участвуют в сопряженном транспорте двух молекул, их часто называют котранспортерами. В отличие от канальных белков, которые обеспечивают только пассивный транспорт веществ через мембраны, белки-переносчики могут переносить ионы и молекулы как пассивно, посредством облегченной диффузии, так и посредством вторичного активного транспорта. Для перемещения частиц из областей с низкой концентрацией в области с высокой концентрацией необходим белок-переносчик. Эти белки-переносчики имеют рецепторы, которые связываются со специфической молекулой (субстратом), нуждающейся в транспорте. Молекула или ион, подлежащий транспортировке (субстрат), должен сначала связаться с активным центром белка-переносчика, обладающим определенной аффинностью к этому субстрату. После связывания, пока активный центр ориентирован в ту же сторону, переносчик захватывает или оклюдирует (включает и удерживает) субстрат в своей молекулярной структуре и вызывает внутреннюю транслокацию, в результате чего проход в белке оказывается обращен к другой стороне плазматической мембраны. Субстрат белка-переносчика высвобождается в этом месте в соответствии со своей аффинностью к связыванию.
Упрощенная диффузия
Облегченная диффузия – это прохождение молекул или ионов через биологическую мембрану посредством специфических транспортных белков и не требует затрат энергии. Облегченная диффузия особенно важна для крупных полярных молекул и заряженных ионов; после растворения в воде эти ионы не могут свободно диффундировать через клеточные мембраны из-за гидрофобного характера жирнокислотных хвостов фосфолипидов, формирующих бислой. Тип белковых носителей, используемых при облегченной диффузии, несколько отличается от используемых при активном транспорте. Это по-прежнему трансмембранные белки-носители, но они представляют собой каналы с управляемым доступом, то есть они не осуществляют внутреннюю транслокацию и не требуют АТФ для функционирования. Субстрат захватывается с одной стороны канала с управляемым доступом, и без использования АТФ он высвобождается в клетку. Облегченная диффузия не требует использования АТФ, поскольку, как и простая диффузия, она транспортирует молекулы или ионы по градиенту концентрации.
Осмоз
Осмос – это пассивная диффузия воды через клеточную мембрану из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Поскольку осмос является пассивным процессом, как облегченная и простая диффузия, он не требует использования АТФ. Осмос важен для регулирования водного и солевого баланса внутри клеток и, таким образом, играет критическую роль в поддержании гомеостаза. Аквапорины – это интегральные мембранные белки, обеспечивающие быстрое прохождение воды и глицерина через мембраны. Мономеры аквапорина состоят из шести трансмембранных доменов альфа-спирали, и эти мономеры могут собираться, формируя белки аквапорина. Поскольку четыре таких мономера объединяются для образования белка аквапорина, он известен как гомотетрамер, то есть состоит из четырех идентичных субъединиц. Все аквапорины являются тетрамерными интегральными мембранными белками, и вода проходит через каждый отдельный мономерный канал, а не между всеми четырьмя каналами. Поскольку аквапорины представляют собой трансмембранные каналы для диффузии воды, каналы, составляющие аквапорин, обычно выстланы гидрофильными боковыми цепями, чтобы обеспечить прохождение воды.
Обратная диффузия
Обратная транспортировка, или реверсия транспортера, – это явление, при котором субстраты мембранного транспортного белка перемещаются в направлении, противоположном их обычному движению посредством этого транспортера. Реверсия транспортера обычно происходит, когда мембранный транспортный белок фосфорилируется определенной протеинкиназой, которая является ферментом, добавляющим фосфатную группу к белкам.
2: Транспортеры с электрическим потенциалом
Также называются белки-переносчики или вторичные переносчики. 2. A: Переносчики (унипортеры, симпортеры, антипортеры), SLC. ГЛУТ 1 обычно встречается в мембранах эритроцитов млекопитающих.
Натриевые/потасиевые каналы
Хотя в организме человека существует множество каналов, два наиболее заметных – это натриевые и калиевые каналы. Калиевые каналы обычно участвуют в транспорте ионов калия через клеточную мембрану наружу клетки, что способствует поддержанию отрицательного мембранного потенциала клеток. Поскольку калиевых каналов больше, чем натриевых, из клетки выходит больше калия, чем натрия поступает внутрь, что и обуславливает отрицательный мембранный потенциал. Натриевые каналы обычно участвуют в транспорте ионов натрия через клеточную мембрану внутрь клетки. Эти каналы часто связаны с возбудимыми нейронами, поскольку приток натрия может вызывать деполяризацию, которая, в свою очередь, распространяет потенциал действия. Поскольку эти белки являются типом канальных белков, они не изменяют свою конформацию после связывания с соответствующими субстратами.
Другие примеры
Другие специфические белки-переносчики также помогают организму функционировать важными способами. Цитохромы работают в цепи переноса электронов в качестве белков-переносчиков электронов. У некоторых пациентов со злокачественными новообразованиями наблюдается повышенная экспрессия витамин-связывающих белков. Например, было показано, что уровни белка-переносчика рибофлавина (RCP) значительно повышены у людей с раком молочной железы.