Котранспортеры - это подкатегория мембранных транспортных белков (переносчиков), которые сочетают благоприятное движение одной молекулы с ее градиентом концентрации и неблагоприятное движение другой молекулы против ее градиента концентрации. Они обеспечивают котранспорт (вторичный активный транспорт) и включают антипортеры и симпортеры . В общем, котранспортеры состоят из двух из трех классов интегральных мембранных белков, известных как переносчики, которые перемещают молекулы и ионы через биомембраны. Унипортерытакже являются переносчиками, но перемещают только один тип молекул вниз по градиенту его концентрации и не классифицируются как котранспортеры. [1]
Фон [ править ]
Котранспортеры способны перемещать растворенные вещества либо вверх, либо вниз по градиенту со скоростью от 1000 до 100000 молекул в секунду. Они могут действовать как каналы или переносчики, в зависимости от условий, в которых они исследуются. Движение происходит за счет связывания с двумя молекулами или ионами одновременно и использования градиента концентрации одного растворенного вещества, чтобы заставить другую молекулу или ион противодействовать его градиенту. Некоторые исследования показывают, что котранспортеры могут функционировать как ионные каналы, что противоречит классическим моделям. Например, переносчик HKT1 пшеницы демонстрирует два способа переноса одного и того же белка. [2]
Котранспортеры можно разделить на антипортеры и симпортеры . Оба используют электрический потенциал и / или химические градиенты для перемещения протонов и ионов против их градиента концентрации. У растений протон считается вторичным веществом, и высокая концентрация протонов в апопласте способствует движению внутрь определенных ионов симпортерами. Протонный градиент перемещает ионы в вакуолипротон-натриевым антипортером или протон-кальциевым антипортером. В растениях перенос сахарозы распределяется по растению с помощью протонного насоса, где насос, как обсуждалось выше, создает градиент протонов, так что на одной стороне мембраны их намного больше, чем на другой. Когда протоны диффундируют обратно через мембрану, свободная энергия, высвобождаемая в результате этой диффузии , используется для совместного транспорта сахарозы. У млекопитающих глюкоза транспортируется через натрийзависимые переносчики глюкозы, которые в этом процессе используют энергию. Здесь, поскольку и глюкоза, и натрий транспортируются через мембрану в одном и том же направлении, они будут классифицированы как симпортеры. Система транспортера глюкозы была впервые выдвинута доктором Робертом К. Крейном в 1960 году, это обсуждается далее в статье. [2][3]
История [ править ]
Доктор Роберт К. Крейн , выпускник Гарварда, довольно давно работал в области биохимии углеводов. Его опыт в области биохимии глюкозо-6-фосфата , связывания углекислого газа, гексокиназы и исследований фосфатов привел его к гипотезе о котранспорте глюкозы вместе с натрием через кишечник. На фото справа доктор Крейн и его рисунок котранспортерной системы, который он предложил в 1960 году на международной встрече по мембранному транспорту и метаболизму. Его исследования были подтверждены другими группами и теперь используются в качестве классической модели для понимания котранспортеров. [4]
Механизм [ править ]
И антипортеры, и симпортеры транспортируют два или более разных типа молекул одновременно в связанном движении. Энергетически невыгодное движение одной молекулы сочетается с энергетически выгодным движением другой молекулы (-ей) или иона (-ов), чтобы обеспечить энергию, необходимую для транспорта. Этот тип транспорта известен как вторичный активный транспорт и обеспечивается энергией, полученной из градиента концентрации ионов / молекул через мембрану, в которую интегрирован белок котранспортера. [1]
Котранспортеры претерпевают цикл конформационных изменений , связывая движение иона с его градиентом концентрации (движение вниз) с движением котранспортированного растворенного вещества против его градиента концентрации (движение вверх). [5]В одной конформации белок будет иметь сайт связывания (или сайты в случае симпортеров), открытый с одной стороны мембраны. При связывании как молекулы, которая должна транспортироваться вверх, так и молекулы, которая должна транспортироваться вниз, произойдет конформационное изменение. Это конформационное изменение выставит связанные субстраты на противоположную сторону мембраны, где субстраты будут разъединяться. И молекула, и катион должны быть связаны, чтобы произошло конформационное изменение. Этот механизм был впервые представлен Олегом Ярдецким в 1966 году. [6] Этот цикл конформационных изменений переносит только один ион субстрата за раз, что приводит к довольно низкой скорости переноса (от 10 0 до 10 4).ионов или молекул в секунду) по сравнению с другими транспортными белками, такими как ионные каналы . [1] Скорость, с которой происходит этот цикл конформационных изменений, называется скоростью оборота (TOR) и выражается как среднее количество полных циклов в секунду, выполняемых одной молекулой котранспортера. [5]
Типы [ править ]
Антипортеры [ править ]
Антипортеры используют механизм котранспорта (соединение движения одного иона или молекулы вниз по его градиенту концентрации с транспортом другого иона или молекулы вверх по его градиенту концентрации), чтобы перемещать ионы и молекулу в противоположных направлениях. [1] В этой ситуации один из ионов будет перемещаться из экзоплазматического пространства в цитоплазматическое пространство, а другой ион будет перемещаться из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство. Примером антипортера является натрий-кальциевый обменник.. Функции теплообменника натрий-кальций , чтобы удалить избыток кальция из цитоплазмы пространства в exoplasmic пространстве против его градиента концентрации путем связывания его транспортировки с транспортировкой натрия из exoplasmic пространства вниз ее градиента концентрации (устанавливается активный транспорт натрия из ряда клетки натриево-калиевым насосом ) в цитоплазматическое пространство. Натрий-кальциевый обменник обменивает 3 иона натрия на 1 ион кальция и представляет собой антипортер катионов . [7]
Клетки также содержат антипортеры анионов, такие как транспортный белок анионов Band 3 (или AE1). Это котранспортер является важным составным белком в млекопитающих эритроцитах и двигается хлорид - ион и ион бикарбоната в соотношении один-к-одному через плазматическую мембрану на основе только от градиента концентрации два ионов. Антипортер AE1 необходим для удаления углекислого газа, который превращается в бикарбонат внутри эритроцита. [8]
Сторонники [ править ]
В отличие от антипортеров симпортеры перемещают ионы или молекулы в одном направлении. [1] В этом случае оба транспортируемых иона будут перемещаться либо из экзоплазматического пространства в цитоплазматическое пространство, либо из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство. Примером симпортера является транспортер, связанный с натрий-глюкозой, или SGLT. SGLT функционирует, чтобы связать транспорт натрия в экзоплазматическом пространстве вниз по градиенту его концентрации (опять же, установленному активным переносом натрия из клетки натрий-калиевым насосом ) в цитоплазматическое пространство с транспортом глюкозы в экзоплазматическом пространстве. пространство против градиента его концентрации в цитоплазматическом пространстве. SGLT связывает движение 1 иона глюкозы с перемещением 2 ионов натрия.[9] [10]
Примеры котранспортеров [ править ]
Котранспортер Na + / глюкозы (SGLT1) - также известен как натрий-глюкозный котранспортер 1 и кодируется геном SLC5A1. SGLT1 является электрогенным переносчиком, поскольку электрохимический градиент натрия перемещает глюкозу вверх в клетки. SGLT1 представляет собой высокоаффинный котранспортер Na + / глюкозы, который играет важную роль в переносе сахара через эпителиальные клетки проксимальных канальцев почек и кишечника, в частности тонкого кишечника. [11] [12]
Na + / фосфат котранспортер (Näpi) - Натрий-фосфат cotransporters взят из белковых семейств SLC34 и SLC20. Они также обнаруживаются в эпителиальных клетках проксимальных канальцев почек и тонкой кишки. Он переносит неорганический фосфат в клетки посредством активного транспорта с помощью градиента Na + . Подобно SGTL1, они классифицируются как электрогенные переносчики. NaPi, связанный с 3 ионами Na + и 1 двухвалентным Pi, классифицируется как NaPi IIa и NaPi IIb. NaPi, который сочетается с 2 Na + и 1 двухвалентным Pi, классифицируется как NaPi IIc. [11] [13]
Na + / I - симпортер (NIS) - йодид натрия - это тип симпортера, который отвечает за перенос йодида в щитовидной железе. NIS в основном обнаруживается в клетках щитовидной железы, а также в молочных железах. Они расположены на базолатеральной мембране фолликулярных клеток щитовидной железы, где 2 иона Na + и 1 ион I - связаны для переноса йодида. Активность NIS помогает в диагностике и лечении заболеваний щитовидной железы, включая очень успешное лечение рака щитовидной железы радиоактивным йодом после тиреоидэктомии. [11] [14]
Симпортер Na-K-2Cl - этот специфический котранспортер регулирует объем клетки, контролируя содержание воды и электролитов внутри клетки. [15] Котранспортер Na-K-2Cl жизненно важен для секреции солей секреторными клетками эпителия наряду с реабсорбцией солей в почках. [16] Существуют две разновидности симпортера Na-K-2Cl, известные как NKCC1 и NKCC2. Котранспортный белок NKCC1 обнаружен по всему телу, но NKCC2 находится только в почках и удаляет натрий, калий и хлориды, обнаруженные в моче организма, поэтому он может всасываться в кровь. [17]
Транспортер ГАМК (GAT) - нейротрансмиттеры γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) являются членами семейства переносчиков растворенных веществ 6 (SLC6) натрий- и хлорид-зависимых переносчиков рецепторов нейромедиаторов, которые расположены в плазматической мембране и регулируют концентрацию ГАМК в синаптическая щель . Ген SLC6A1 кодирует транспортеры ГАМК. [18] Транспортеры являются электрогенными и объединяют 2 Na + , 1 Cl - и 1 ГАМК для внутренней транслокации. [11] [19]
K + Cl - симпортер - Семейство котранспортеров K + -Cl - состоит из четырех специфических симпортеров, известных как KCC1, KCC2, KCC3 и KCC4. Изоформы KCC2 является специфическим для нейрональной ткани и другие три можно найти в различных тканях по всему телу. Это семейство котранспортеров контролирует уровни концентрации калия и хлорида в клетках за счет комбинированного движения K + / H + и Cl - / HCO3 -обменников или за счет совместного движения обоих ионов из-за каналов, активируемых концентрацией. Четыре известных белка KCC объединяются в два отдельных подсемейства, где KCC1 и KCC3 спариваются вместе, а KCC2 и KCC4 становятся парой для облегчения движения ионов. [20]
Сопутствующие заболевания [ править ]
Таблица 1: Список болезней, связанных с транспортерами. [21]
| Символы / названия транспортеров | Соответствующие заболевания |
|---|---|
| 4F2HC, SLC3A2 | Лизинурический |
| ABC-1, ABC1 | Болезнь Танжера |
| ABC7, hABC7 | Х-сцепленная сидеробластная анемия |
| ABCR | Болезнь Штаргардта , Fundus flavimaculatus |
| AE1, SLC4A1 | эллиптоцитоз , овалоцитоз , гемолитическая анемия , сфероцитоз , почечный канальцевый ацидоз |
| AE2, SLC4A2 | врожденная хлороидорея |
| AE3, SLC4A3 | врожденная хлороидорея |
| ALDR | Адренолейкодистрофия |
| АНК | анкилоз (кальциноз); артрит, сопровождающийся отложением минералов, образованием костных наростов и разрушением суставов |
| Аралар-подобный, SLC25A13 | цитруллинемия типа II у взрослых |
| ATBo, SLC1A5, hATBo, ASCT2, AAAT | Нейродегенерация |
| BCMP1, UCP4, SLC25A14 | ЧЧ |
| CFTR | Кистозный фиброз |
| CTR-1, SLC31A1 | Болезнь Менкеса / Вильсона |
| CTR-2, SLC31A2 | Болезнь Менкеса / Вильсона, Х-сцепленная гипофосфатемия |
| DTD, SLC26A2 | хондродисплазии / диастрофическая дисплазия |
| EAAT1, SLC1A3, GLAST1 | Нейродегенерация , боковой амиотрофический склероз |
| EAAT2, SLC1A2, GLT-1 | Нейродегенерация, дикарбоновая аминоацидурия |
| EAAT3, SLC1A1, EAAC1 | Нейродегенерация |
| EAAT4, SLC1A6 | Нейродегенерация |
| EAAT5, SLC1A7 | Нейродегенерация |
| FIC1 | Прогрессирующий семейный внутрипеченочный холестаз |
| ВОЛКА, SLC19A1, RFC1 | Мальабсорбция фолиевой кислоты / мегалобластная анемия |
| GLUT1, SLC2A1 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги , синдром Фанкони-Бикеля , болезнь накопления гликогена типа Id, инсулиннезависимый сахарный диабет , нарушение транспорта глюкозы через гематоэнцефалический барьер |
| GLUT2, SLC2A2 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги, синдром Фанкони-Бикеля, болезнь накопления гликогена типа Id, инсулиннезависимый сахарный диабет (NIDDM) |
| GLUT3, SLC2A3 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги, синдром Фанкони-Бикеля, болезнь накопления гликогена типа Id, инсулиннезависимый сахарный диабет (NIDDM) |
| GLUT4, SLC2A4 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги, синдром Фанкони-Бикеля, болезнь накопления гликогена типа Id, инсулиннезависимый сахарный диабет (NIDDM) |
| GLUT5, SLC2A5 | Изолированная мальабсорбция фруктозы |
| HET | анемия , генетический гемохроматоз |
| HTT, SLC6A4 | связанные с тревогой черты характера |
| LAT-2, SLC7A6 | Непереносимость лизинурического белка |
| LAT-3, SLC7A7 | непереносимость лизинурического белка |
| MDR1 | человеческий рак |
| MDR2, MDR3 | Семейный внутрипеченочный холестаз |
| MRP1 | человеческий рак |
| NBC | Синдром Дауна |
| NBC1, SLC4A4 | почечный канальцевый ацидоз |
| NBC3, SLC4A7 | врожденный гипотиреоз |
| NCCT, SLC12A3, TSC | Синдром Гительмана |
| NHE2, SLC9A2 | Болезнь включения микроворсинок |
| NHE3, SLC9A3 / 3P | Болезнь включения микроворсинок |
| Шек., SLC5A5 | врожденный гипотиреоз |
| NKCC1, SLC12A2 | синдром Гительмана |
| NKCC2, SLC12A1 | Синдром Барттера |
| НОРТР | Синдром ДиДжорджи , велокардиофациальный синдром |
| NRAMP2, DCT1, SLC11A2, | Синдром дефицита внимания и гиперактивности |
| NTCP2, ISBT, SLC10A2 | первичная мальабсорбция желчных кислот (PBAM) |
| OCTN2, SLC22A5 | системный дефицит карнитина (прогрессирующая кардиомиопатия , скелетная миопатия , гипогликемия , гипераммонемия , синдром внезапной детской смерти ) |
| ORNT1, SLC25A15 | ЧЧ |
| PMP34, SLC25A17 | Болезнь Грейвса |
| rBAT, SLC3A1, D2 | цистинурия |
| SATT, SLC1A4, ASCT1 | Нейродегенерация |
| SBC2 | гипоцитратурия |
| SERT | различные психические расстройства |
| SGLT1, SLC5A1 | почечная глюкозурия / мальабсорбция глюкозы-галактозы |
| SGLT2, SLC5A2 | почечная глюкозурия |
| SMVT, SLC5A6 | тревожные черты, депрессия |
| TAP1 | ювенильный псориаз |
| у + L | Цистинурия I типа |
См. Также [ править ]
- Симпортер Na-K-2Cl
- Котранспортер K-Cl
- Котранспортер натрия / фосфата
- Транспортные белки натрия и глюкозы
- Транспортер глюкозы
- Кистозный фиброз
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e Лодиш, Харви; Берк, А .; Amon, A .; Bretscher, A .; Kaiser, C .; Kriefer, M .; и другие. (2013). Молекулярная клеточная биология (7-е изд.). Нью-Йорк: ISBN WH Freeman and Co. 978-1-4292-3413-9.
- ^ a b Chrispeels, Maarten J .; Найджел М. Кроуфорд; Джулиан И. Шредер (апрель 1999 г.). «Белки для переноса воды и минеральных веществ через мембраны растительных клеток» . Растительная клетка . 11 (4): 661–675. DOI : 10.1105 / tpc.11.4.661 . PMC 144211 . PMID 10213785 .
- ^ Чжао, Фэн-Ци; Эйлин Ф. Китинг (2007). «Функциональные свойства и геномика переносчиков глюкозы» . Текущая геномика . 8 (2): 113–128. DOI : 10.2174 / 138920207780368187 . PMC 2435356 . PMID 18660845 .
- ↑ Гамильтон, Кирк Л. (март 2013 г.). «Роберт К. Крейн - котранспортер Na + -глюкозы для лечения?» . Границы физиологии . 4 (53): 53. DOI : 10,3389 / fphys.2013.00053 . PMC 3605518 . PMID 23525627 .
- ^ а б Лонгпре, JP; Lapointe, JY (5 января 2011 г.). «Определение скорости оборота котранспортера Na + / глюкозы (SGLT1) с использованием метода ионной ловушки» . Биофизический журнал . 100 (1): 52–9. Bibcode : 2011BpJ ... 100 ... 52L . DOI : 10.1016 / j.bpj.2010.11.012 . PMC 3010014 . PMID 21190656 .
- ^ Jardetzky, O (Aug 27, 1966). «Простая аллостерическая модель для мембранных насосов». Природа . 211 (5052): 969–70. Bibcode : 1966Natur.211..969J . DOI : 10.1038 / 211969a0 . PMID 5968307 .
- ^ Blaustein, МП; Ледерер, WJ (июль 1999 г.). «Обмен натрия / кальция: его физиологические последствия». Физиологические обзоры . 79 (3): 763–854. DOI : 10.1152 / Physrev.1999.79.3.763 . PMID 10390518 . S2CID 6963309 .
- ^ Лодиш, Харви (2000). Молекулярная клеточная биология (4-е изд., 1-е изд.). Нью-Йорк: Фриман. ISBN 978-0716737063.
- ^ Райт, Эрнест; Эрик Терк (февраль 2004 г.). «Семейство натрия / глюкозы для переноса SLC5». Pflügers Archiv: Европейский журнал физиологии . 447 (5): 510–518. DOI : 10.1007 / s00424-003-1063-6 . PMID 12748858 .
- ^ Чен, Син-Чжэнь; Коуди, Майкл Дж .; Джексон, Фрэнсис; Бертелу, Альфред; Лапоант, Жан-Ив (декабрь 1995 г.). «Термодинамическое определение отношения связывания Na + : глюкоза для котранспортера SGLT1 человека» . Биофизический журнал . 69 (6): 2405–2414. Bibcode : 1995BpJ .... 69.2405C . DOI : 10.1016 / s0006-3495 (95) 80110-4 . PMC 1236478 . PMID 8599647 .
- ^ a b c d Physiologyweb. «Вторичный активный транспорт» . Physiologyweb . Проверено 4 декабря 2013 года .
- ^ Райт, Эрнест М .; Дональд Д.Ф. Лоо; Брюс А. Хираяма; Эрик Терк (декабрь 2004 г.). «Удивительная универсальность котранспортеров Na + -глюкозы: SLC5». Физиология . 19 (6): 370–376. DOI : 10.1152 / physiol.00026.2004 . PMID 15546855 .
- ^ Бибер, Юрг; Нати Эрнандо; Ян Форстер (2013). «Транспортеры фосфата и их функции». Ежегодный обзор физиологии . 75 (1): 535–550. DOI : 10.1146 / annurev-Physiol-030212-183748 . PMID 23398154 .
- ^ Пародер-Беленицкий, Моника; Maestas, Мэтью Дж .; Дохан, Орсоля; Никола, Хуан Пабло; Рейна-Нейра, Андреа; Фолленци, Антония; Дадачева, Екатерина; Эскандари, Сепер; Амзель, Л. Марио; Карраско, Нэнси (ноябрь 2011 г.). «Механизм анионной селективности и стехиометрия симпортера Na + / I - (NIS)» . PNAS . 108 (44): 17933–17938. Bibcode : 2011PNAS..10817933P . DOI : 10.1073 / pnas.1108278108 . PMC 3207644 . PMID 22011571 .
- ^ Lionetto, MG; Скеттино, Т. (май – июнь 2006 г.). « Котранспортер Na + -K + -2Cl - и реакция на осмотический стресс в модельном солевом транспортном эпителии». Acta Physiologica . 187 (1–2): 115–24. DOI : 10.1111 / j.1748-1716.2006.01536.x . PMID 16734748 .
- Перейти ↑ Haas, M (октябрь 1994). «Котранспортеры Na-K-Cl». Американский журнал физиологии . 267 (4 Pt 1): C869–85. DOI : 10.1152 / ajpcell.1994.267.4.C869 . PMID 7943281 .
- ^ Hebert, SC; Mount, DB; Гамба, Г. (февраль 2004 г.). «Молекулярная физиология катион-связанного Cl - котранспорта: семейство SLC12». Pflügers Archiv: Европейский журнал физиологии . 447 (5): 580–93. DOI : 10.1007 / s00424-003-1066-3 . PMID 12739168 .
- ^ Запись OMIM. «137165 - СЕМЕЙСТВО ПЕРЕВОЗЧИКОВ РЕШЕНИЙ 6 (НЕЙРОТРАНСМИТТЕР ТРАНСПОРТЕР, GABA), ЧЛЕН 1; SLC6A1» . Университет Джона Хопкинса . Проверено 8 декабря 2013 года .
- ^ GeneCads. «Ген SLC6A11» . Институт науки Вейцмана . Проверено 8 декабря 2013 года .
- ^ Меркадо, А; Песня, L; Васкес, Н; Mount, DB; Гамба, Дж. (29 сентября 2000 г.). «Функциональное сравнение котранспортеров K + -Cl - KCC1 и KCC4» . Журнал биологической химии . 275 (39): 30326–34. DOI : 10.1074 / jbc.M003112200 . PMID 10913127 .
- ^ «Заболевания, связанные с переносчиками мембран« База данных переносчиков мембран для персонализированной медицины » . Pharmtao.com .
