Введение
Трансмембранный белок, перемещающий ионы через биологическую мембрану. В биологии транспортер – это трансмембранный белок, который перемещает ионы (или другие малые молекулы) через биологическую мембрану для осуществления множества различных биологических функций, включая клеточную коммуникацию, поддержание гомеостаза, выработку энергии и т.д. Существуют различные типы транспортеров, включая насосы, унипортеры, антипортеры и симпортеры. Активные транспортеры, или ионные насосы, – это транспортеры, которые преобразуют энергию из различных источников, включая аденозинтрифосфат (АТФ), солнечный свет и другие окислительно-восстановительные реакции, в потенциальную энергию, перекачивая ион против его градиента концентрации. Эта потенциальная энергия затем может быть использована вторичными транспортерами, включая ионные переносчики и ионные каналы, для обеспечения жизненно важных клеточных процессов, таких как синтез АТФ. Ионные транспортеры необходимы для нормального функционирования клетки и поэтому строго регулируются клеткой и изучаются исследователями с использованием разнообразных методов. Будут приведены некоторые примеры клеточного регулирования и методов исследования.
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.
Классификация и разъяснение
Ионные транспортеры классифицируются как суперсемейство транспортеров, включающее 12 семейств. Эти семейства входят в систему транспортной классификации (TC), используемую Международным союзом биохимии и молекулярной биологии (IUBMB), и группируются по таким характеристикам, как транспортируемые субстраты, механизм транспорта, используемый источник энергии, а также на основе сравнения последовательностей ДНК, составляющих каждый белок. Наиболее важным объединяющим фактором является заряженность транспортируемого субстрата, указывающая на перенос иона, а не нейтральной молекулы. Этот транспорт может использовать АТФ в качестве источника энергии или генерировать АТФ посредством таких процессов, как цепь переноса электронов у растений, регулируемая Janus Kinase 2 и Ca2+ АТФазой, демонстрирующей чувствительность к концентрациям АДФ и АТФ. P-гликопротеин является примером ABC-транспортного связывающего белка в организме человека.
Транспортер, производящий АТФ
Транспортеры, производящие АТФ, работают в направлении, противоположном транспортерам, использующим АТФ. Эти белки переносят ионы от высокой к низкой концентрации по градиенту, но в этом процессе синтезируется АТФ. Потенциальная энергия в виде градиента концентрации используется для образования АТФ.
Вторичный транспортер
Вторичные транспортеры также транспортируют ионы (или малые молекулы) против градиента концентрации – от низкой концентрации к высокой концентрации, но, в отличие от первичных транспортеров, которые используют АТФ для создания градиента концентрации, вторичные транспортеры используют потенциальную энергию градиента концентрации, созданного первичными транспортерами, для транспортировки ионов. Это происходит, когда натрий движется вниз по градиенту концентрации, что обеспечивает достаточно энергии для перемещения глюкозы вверх по градиенту концентрации обратно в клетку. Это важно для тонкого кишечника и почек, чтобы предотвратить потерю глюкозы. Симпортеры, такие как симпортер натрия и глюкозы, переносят ион по его градиенту концентрации и одновременно переносят вторую молекулу в том же направлении. Антипортеры также используют градиент концентрации одной молекулы для перемещения другой вверх по ее градиенту концентрации, но сопутствующая молекула транспортируется в противоположном направлении. То, активируется или ингибируется белок при добавлении фосфатной группы, зависит от конкретного белка. При аллостерическом ингибировании регуляторный лиганд может связываться с регуляторным сайтом и либо ингибировать, либо активировать транспортер. Ионные транспортеры также могут регулироваться концентрацией иона (не обязательно того, который он переносит) в растворе. Например, цепь переноса электронов регулируется наличием ионов H+ (pH) в растворе. Помимо своей основополагающей работы, метод patch-clamp продолжает использоваться исследователями для изучения ионных транспортеров и влияния окружающей среды и лигандов на функцию транспортера.
Рентгеновская кристаллография
Рентгеновская кристаллография – это удивительный инструмент, позволяющий визуализировать структуру белков, однако она предоставляет лишь информацию об одной конформации белка. Изучение структуры транспортных белков помогает исследователям лучше понять механизм и специфику работы транспортера при переносе молекул через мембрану.
Восстановление флуоресценции после фотобеливания
Восстановление флуоресценции после фотообеливания (FRAP) — это метод, используемый для отслеживания диффузии липидов или белков в мембране. Данный метод применяется для более глубокого понимания подвижности транспортеров в клетке и их взаимодействий с липидными доменами и липидными плотами в клеточной мембране.
Передача энергии резонанса Фёрстера
Передача энергии резонанса Форстера (FRET) — это метод, использующий флуоресценцию для определения расстояния между двумя белками. Он применяется для изучения транспортеров и их взаимодействия с другими клеточными белками.