Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Мембранный транспортный белок (или просто переносчик ) представляет собой мембранный белок [1] участвует в движении ионов , малых молекул и макромолекул , таких как другой белок , через биологическую мембрану . Транспортные белки представляют собой интегральный трансмембранный белок ; то есть они постоянно существуют внутри и охватывают мембрану, через которую они переносят вещества. Белки могут способствовать перемещению веществ за счет облегчения диффузии или активного транспорта.. Два основных типа белков, участвующих в таком транспорте, в широком смысле классифицируются как каналы или носители . В растворенных носителях и атипичный ТСП [2] , являются вторичными активными или стимулированием транспортеров в организме человека. [3] [4] В совокупности мембранные транспортеры и каналы являются транспортомами. Транспортомы регулируют клеточный приток и отток не только ионов и питательных веществ, но и лекарств.

Разница между каналами и операторами связи [ править ]

Носитель не открыт одновременно как внеклеточные и внутриклеточным среды. Либо его внутренние ворота открыты, либо внешние ворота открыты. Напротив, канал может быть открыт для обеих сред одновременно, позволяя молекулам диффундировать без перерыва. Носители имеют сайты связывания, но поры и каналы нет. [5] [6] [7] Когда канал открыт, миллионы ионов могут проходить через мембрану в секунду, но обычно только от 100 до 1000 молекул проходят через молекулу-носитель за одно и то же время. [8] Каждый белок-носитель предназначен для распознавания только одного вещества или одной группы очень похожих веществ. Исследования коррелировали дефекты в определенных белках-носителях с конкретными заболеваниями.[9]

Активный транспорт [ править ]

Основная статья: Активный транспорт
Действие натрий-калиевого насоса является примером первичного активного транспорта. Два белка-носителя слева используют АТФ для вывода натрия из клетки против градиента концентрации. Белки справа используют вторичный активный транспорт для перемещения калия в клетку.

Активный транспорт - это движение вещества через мембрану против градиента его концентрации. Обычно это делается для накопления высоких концентраций молекул, в которых нуждается клетка, таких как глюкоза или аминокислоты. Если в процессе используется химическая энергия, такая как аденозинтрифосфат (АТФ), это называется первичным активным транспортом . Вторичный активный транспорт включает использование электрохимического градиента и не использует энергию, производимую в ячейке. [10] В отличие от канальных белков, которые только пассивно переносят вещества через мембраны, белки-носители могут переносить ионы и молекулы либо пассивно, за счет облегченной диффузии, либо посредством вторичного активного транспорта. [11]Белок-носитель необходим для перемещения частиц из областей с низкой концентрацией в области с высокой концентрацией. Эти белки-носители имеют рецепторы, которые связываются со специфической молекулой (субстратом), нуждающейся в транспорте. Транспортируемая молекула или ион (субстрат) должны сначала связываться в сайте связывания в молекуле-носителе с определенной аффинностью связывания. После связывания и пока сайт связывания обращен в одну сторону, носитель захватит или закроет (захватит и удержит) субстрат в своей молекулярной структуре и вызовет внутреннюю транслокацию, так что отверстие в белке теперь обращено к другой стороне плазматическая мембрана. [12] Субстрат белка-носителя высвобождается в этом месте в соответствии с его аффинностью связывания там.

Облегченное распространение [ править ]

Основная статья: Облегченная диффузия
Облегченная диффузия в клеточной мембране, показаны ионные каналы (слева) и белки-носители (три справа).

Облегченная диффузияэто прохождение молекул или ионов через биологическую мембрану через определенные транспортные белки и не требует затрат энергии. Облегченная диффузия используется особенно в случае больших полярных молекул и заряженных ионов; как только такие ионы растворяются в воде, они не могут свободно диффундировать через клеточные мембраны из-за гидрофобной природы жирнокислотных хвостов фосфолипидов, составляющих бислои. Тип белков-носителей, используемых для облегченной диффузии, немного отличается от тех, которые используются для активного транспорта. Они по-прежнему являются трансмембранными белками-переносчиками, но это закрытые трансмембранные каналы, что означает, что они не перемещаются внутри и не требуют АТФ для функционирования. Субстрат берется с одной стороны закрытого носителя, и без использования АТФ субстрат высвобождается в клетку. Их можно использовать как потенциальные биомаркеры.

Обратная диффузия [ править ]

Основная статья: Обратный транспорт

Обратный транспорт , или реверсирование переносчика , представляет собой явление, при котором субстраты мембранного транспортного белка перемещаются в направлении, противоположном их типичному перемещению переносчиком. [13] [14] [15] [16] [17] Реверсирование переносчика обычно происходит, когда мембранный транспортный белок фосфорилируется определенной протеинкиназой , которая является ферментом, который добавляет фосфатную группу к белкам. [13] [14]

Типы [ править ]

(Сгруппированы по категориям базы данных классификации транспортеров)

1: Каналы / поры [ править ]

  • α-спиральные белковые каналы, такие как потенциал-управляемые ионные каналы (VIC), лиганд-управляемые ионные каналы (LGIC)
  • β-бочковые порины, такие как аквапорин
  • каналообразующие токсины, включая колицины , дифтерийный токсин и другие
  • Каналы, синтезированные нерибосомами, такие как грамицидин
  • Холинс ; которые участвуют в экспорте ферментов, которые переваривают стенки бактериальных клеток на ранней стадии лизиса клеток.

Облегченная диффузия происходит в клеточную мембрану и из нее через каналы / поры и носители / переносчики.

Примечание:

  • Каналы:

Каналы находятся в открытом или закрытом состоянии. Когда канал открывается с небольшим конформационным переключением, он открыт для обеих сред одновременно (внеклеточной и внутриклеточной).

  • Эта картинка представляет собой симпорт. Желтый треугольник показывает градиент концентрации для желтых кружков, в то время как зеленый треугольник показывает градиент концентрации для зеленых кружков, а пурпурные стержни представляют собой связку транспортного белка. Зеленые круги движутся против своего градиента концентрации через транспортный белок, который требует энергии, в то время как желтые круги движутся вниз по градиенту концентрации, который высвобождает энергию. Желтые круги производят больше энергии за счет хемиосмоса, чем требуется для перемещения зеленых кругов, поэтому движение связано, а некоторая энергия нейтрализуется. Одним из примеров является пермеаза лактозы, которая позволяет протонам снижать градиент концентрации в клетке, а также закачивать в клетку лактозу.
    Поры:

Поры постоянно открыты для этих обеих сред, потому что они не претерпевают конформационных изменений. Они всегда открыты и активны.

2: Транспортеры, управляемые электрохимическим потенциалом [ править ]

Также называются белками-носителями или вторичными носителями.

  • 2.A: Носильщики ( унипортеры , симпортеры , антипортеры ), SLC . [4]
    • На картинке изображен унипорт. Желтый треугольник показывает градиент концентрации для желтых кружков, а пурпурные стержни представляют собой пучок транспортных белков. Поскольку они движутся вниз по градиенту концентрации через транспортный белок, они могут выделять энергию в результате хемиосмоса . Одним из примеров является GLUT1, который перемещает глюкозу вниз по градиенту ее концентрации в клетку.
      Транспортеры возбуждающих аминокислот (EAAT)
      • EAAT1
      • EAAT2
      • EAAT3
      • EAAT4
      • EAAT5
    • Транспортер глюкозы
    • Транспортеры моноаминов , в том числе:
      • Переносчик дофамина (DAT)
      • Транспортер норэпинефрина (NET)
      • Транспортер серотонина (SERT)
      • Транспортеры везикулярных моноаминов (VMAT)
    • Транслокатор адениновых нуклеотидов (ANT)
  • 2.B: Портеры, синтезированные нерибосомным путем, такие как:
    • Нигерицина семьи
    • Ionomycin семьи
  • 2.C: Ионно-градиентные блоки питания

3: Основные активные транспортеры [ править ]

  • 3.A: Транспортеры, управляемые гидролизом связи PP:
    • АТФ-связывающий кассетный транспортер (ABC-транспортер), такой как MDR , CFTR
    • АТФаза V-типа  ; («V» относится к вакуолу).
    • АТФаза P-типа  ; («P» относится к фосфорилированию), например:
      • Na + / K + -АТФаза
      • Плазменная мембрана Са 2+ АТФаза
      • Протонный насос
    • На этой картинке изображен антипорт. Желтый треугольник показывает градиент концентрации для желтых кружков, в то время как синий треугольник показывает градиент концентрации для синих кружков, а пурпурные стержни представляют собой связку транспортного белка. Синие круги движутся против своего градиента концентрации через транспортный белок, который требует энергии, в то время как желтые круги движутся вниз по градиенту концентрации, который высвобождает энергию. Желтые круги производят больше энергии за счет хемиосмоса, чем требуется для перемещения синих кругов, поэтому движение совмещено, а некоторая энергия нейтрализуется. Одним из примеров является натрий-протонный обменник, который позволяет протонам опускаться по градиенту концентрации в клетку, выкачивая натрий из клетки.
      АТФаза F-типа ; («F» относится к фактору), в том числе: митохондриальная АТФ-синтаза , хлоропластная АТФ-синтаза1
  • 3.B: транспортеры, управляемые декарбоксилированием
  • 3.C: Транспортеры с переносом метилена
  • 3.D: Транспортеры, управляемые окислением и восстановлением
  • 3.E: транспортеры, управляемые поглощением света, такие как родопсин.

4: Групповые транслокаторы [ править ]

Групповые транслокаторы обеспечивают особый механизм фосфорилирования сахаров при их переносе в бактерии (групповая транслокация PEP)

5: Электронные носители [ править ]

Носители трансмембранного переноса электрона в мембране включают двухэлектронные переносчики, такие как оксидоредуктазы с дисульфидной связью (DsbB и DsbD в E. coli), а также одноэлектронные переносчики, такие как НАДФН-оксидаза. Часто эти окислительно-восстановительные белки не считаются транспортными белками.

Примеры [ править ]

Каждый белок-носитель, особенно внутри одной и той же клеточной мембраны, специфичен для одного типа или семейства молекул. Например, GLUT1 - это названный белок-носитель, обнаруженный почти во всех мембранах клеток животных, который переносит глюкозу через бислой. Другие специфические белки-носители также важными способами помогают организму функционировать. Цитохромы действуют в цепи переноса электронов как белки-переносчики электронов. [10]

Патология [ править ]

Ряд наследственных заболеваний включает дефекты белков-носителей в определенном веществе или группе клеток. Цистеинурия (цистеин в моче и мочевом пузыре) - это заболевание, связанное с дефектными белками-переносчиками цистеина в мембранах клеток почек. Эта транспортная система обычно удаляет цистеин из жидкости, которая должна стать мочой, и возвращает эту незаменимую аминокислоту в кровь. Когда этот носитель не функционирует, большое количество цистеина остается в моче, где он относительно нерастворим и имеет тенденцию выпадать в осадок. Это одна из причин мочевых камней. [18] Было показано, что некоторые белки-переносчики витаминов чрезмерно экспрессируются у пациентов со злокачественными заболеваниями. Например, уровни белка-носителя рибофлавина(RCP) значительно повышается у людей с раком груди . [19]

См. Также [ править ]

  • Котранспорт
  • Котранспортер
  • Ионный канал
  • Пермеаза
  • P-петля
  • Семейство растворенных носителей (классификация)
  • Номер ТК (классификация)
  • Транслоказа
  • Везикулярный транспортный белок
  • Эндоцитоз

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мембрана + транспорт + белки в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
  2. ^ Перланд, Эмели; Багчи, Сончита; Клаэссон, Аксель; Фредрикссон, Роберт (01.09.2017). «Характеристики 29 новых атипичных носителей растворенного вещества из суперсемейства основных фасилитаторов: эволюционная консервация, предсказанная структура и совместная экспрессия нейронов» . Открытая биология . 7 (9): 170142. DOI : 10.1098 / rsob.170142 . ISSN  2046-2441 . PMC  5627054 . PMID  28878041 .
  3. ^ Hediger, Matthias A .; Ромеро, Майкл Ф .; Пэн, Цзи-Бин; Рольфс, Андреас; Таканага, Хитоми; Бруфорд, Элспет А. (февраль 2004 г.). «Азбука переносчиков растворенных веществ: физиологические, патологические и терапевтические последствия введения белков мембранного транспорта человека». Pflügers Archiv: Европейский журнал физиологии . 447 (5): 465–468. DOI : 10.1007 / s00424-003-1192-у . ISSN 0031-6768 . PMID 14624363 . S2CID 1866661 .   
  4. ^ а б Перланд, Эмели; Фредрикссон, Роберт (март 2017 г.). «Системы классификации вторичных активных транспортеров». Направления фармакологических наук . 38 (3): 305–315. DOI : 10.1016 / j.tips.2016.11.008 . ISSN 1873-3735 . PMID 27939446 .  
  5. ^ Садава, Дэвид и др. Жизнь, наука о биологии, 9-е издание. Macmillan Publishers, 2009. ISBN 1-4292-1962-9 . п. 119. 
  6. ^ Купер, Джеффри (2009). Клетка: молекулярный подход . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. п. 62. ISBN 9780878933006.
  7. ^ Томпсон, Лиз А. Прохождение экзамена по биологии в конце курса Северной Каролины. Американская книжная компания, Inc. 2007. ISBN 1-59807-139-4 . п. 97. 
  8. ^ Ассманн, Сара (2015). «Растворенный транспорт». В Тайзе, Линкольне; Зейгер, Эдвард (ред.). Физиология и развитие растений . Синауэр. п. 151.
  9. ^ Sadava, Дэвид и др. Жизнь, наука о биологии, 9-е издание. Macmillan Publishers, 2009. ISBN 1-4292-1962-9 . п. 119. 
  10. ^ а б Эшли, Рут. Ханн, Гэри. Хан, Сеонг С. Клеточная биология. Издательство New Age International. ISBN 8122413978 . п. 113. 
  11. ^ Тайз, Линкольн. Зейглер, Эдуардо. Физиология и развитие растений. Sinauer Associates, 2015. ISBN 978-1-60535-255-8 . С. 151. 
  12. ^ Кент, Майкл. Продвинутая биология. Oxford University Press, США, 2000. ISBN 0-19-914195-9 . С. 157–158. 
  13. ↑ a b Bermingham DP, Blakely RD (октябрь 2016 г.). «Киназа-зависимая регуляция переносчиков нейротрансмиттеров моноаминов» . Pharmacol. Ред . 68 (4): 888–953. DOI : 10.1124 / pr.115.012260 . PMC 5050440 . PMID 27591044 .  
  14. ^ a b Миллер GM (январь 2011 г.). «Возникающая роль следового аминосвязанного рецептора 1 в функциональной регуляции переносчиков моноаминов и дофаминергической активности» . Журнал нейрохимии . 116 (2): 164–176. DOI : 10.1111 / j.1471-4159.2010.07109.x . PMC 3005101 . PMID 21073468 .  
  15. ^ Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Ситт HH (2002). «Роль ионов цинка в обратном транспорте, опосредованном переносчиками моноаминов» . Журнал биологической химии . 277 (24): 21505–13. DOI : 10.1074 / jbc.M112265200 . PMID 11940571 . 
  16. ^ Robertson SD, Matthies HJ, Галли A (2009). «Более пристальный взгляд на индуцированный амфетамином обратный транспорт и торговлю переносчиками дофамина и норэпинефрина» . Молекулярная нейробиология . 39 (2): 73–80. DOI : 10.1007 / s12035-009-8053-4 . PMC 2729543 . PMID 19199083 .  
  17. ^ Касаткина Л.А., Борисова Т.А. (ноябрь 2013 г.). «Высвобождение глутамата из тромбоцитов: экзоцитоз по сравнению с обращением переносчика глутамата». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 45 (11): 2585–2595. DOI : 10.1016 / j.biocel.2013.08.004 . PMID 23994539 . 
  18. ^ Шервуд, Лорали. 7-е издание. Физиология человека. От клеток к системам. Cengage Learning, 2008. с. 67
  19. ^ Рао, П.Н., Левин, Э и др. Повышение уровня белка-носителя рибофлавина в сыворотке при раке молочной железы. Биомаркеры эпидемиологии рака Пред. Том 8 № 11. с. 985–990

Андерле, П., Барбачору, Ч., Бусси, К., Дай, З., Хуанг, Ю., Папп, А., Рейнхольд, В., Сади, В., Шанкаварам, У., и Вайнштейн, Дж. (2004). Мембранные транспортеры и каналы: роль транспортома в химиочувствительности рака и химиорезистентности. Исследования рака, 54, 4294-4301.

Внешние ссылки [ править ]

  • « Транспортный белок » в Медицинском словаре Дорланда