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 облегченной 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
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, а 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
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, посредством 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 с определенной молекулой (субстратом), нуждающейся в транспорте. Транспортируемая молекула или ион (субстрат) должны сначала связываться в сайте связывания в молекуле-носителе с определенным сродством 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.
Облегченная диффузия
Облегченная диффузия - это 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
Обратный транспорт или реверсирование переносчика - это 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 представляет собой фермент, который добавляет фосфатную группу к белкам. [13] [14]
Типы
(Сгруппированы по категориям базы данных классификации транспортеров)
1: каналы / поры
- α-спиральные белковые каналы, такие как потенциал-управляемые ионные каналы (VIC), лиганд-управляемые ионные каналы (LGIC)
- β-бочковые порины, такие как аквапорин
- каналообразующие токсины, в том числе колицины , дифтерийный токсин и другие
- Каналы, не синтезируемые рибосомами, 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 либо в открытом, либо в закрытом состоянии. Когда канал открывается с небольшим конформационным переключением, он открыт для обеих сред одновременно (внеклеточной и внутриклеточной).
- Поры:
Поры постоянно открыты для этих обеих сред, потому что они не претерпевают конформационных изменений. Они всегда открыты и активны.
2: Электрохимические транспортеры, управляемые потенциалом
Также называются белками-носителями или вторичными носителями.
- 2.A: Носильщики ( унипортеры , симпортеры , антипортеры ), SLC . [4]
- 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: Первичные активные транспортеры
- 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
- 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 метилового эфира
- 3.D: Транспортеры, управляемые окислением и восстановлением
- 3.E: транспортеры, управляемые поглощением света, такие как родопсин.
4: Групповые транслокаторы
Групповые транслокаторы обеспечивают особый механизм фосфорилирования сахаров, когда они транспортируются в бактерии (групповая транслокация PEP).
5: Электронные носители
Трансмембранные переносчики электронов 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
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
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 работает, большие количества цистеина остаются 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 сверхэкспрессируются у пациентов со злокачественными новообразованиями. Например, было показано , что уровни белка-носителя рибофлавина (RCP) значительно повышены у людей с раком груди . [19]
Смотрите также
- Котранспорт
- Котранспортер
- Ионный канал
- Пермеаза
- P-петля
- Семейство растворенных носителей (классификация)
- Номер ТК (классификация)
- Транслоказа
- Везикулярный транспортный белок
- Эндоцитоз
Рекомендации
- ^ Мембрана + транспорт + белки в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
- ^ Перланд, Эмели; Багчи, Сончита; Клаессон, Аксель; Фредрикссон, Роберт (01.09.2017). «Характеристики 29 новых атипичных носителей растворенных веществ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Садава, Дэвид и др. Жизнь, наука о биологии, 9-е издание. Издательство Macmillan, 2009. ISBN 1-4292-1962-9 . п. 119.
- ^ Купер, Джеффри (2009). Клетка: молекулярный подход . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. п. 62. ISBN 9780878933006.
- ^ Томпсон, Лиз А. Прохождение экзамена по биологии в конце курса Северной Каролины. Американская книжная компания, Inc. 2007. ISBN 1-59807-139-4 . п. 97.
- ^ Ассманн, Сара (2015). «Растворенный транспорт». В Тайзе, Линкольне; Зейгер, Эдвард (ред.). Физиология и развитие растений . Синауэр. п. 151.
- ^ Садава, Дэвид и др. Жизнь, наука о биологии, 9-е издание. Издательство Macmillan, 2009. ISBN 1-4292-1962-9 . п. 119.
- ^ а б Эшли, Рут. Ханн, Гэри. Хан, Сеонг С. Клеточная биология. Издательство New Age International. ISBN 8122413978 . п. 113.
- ^ Тайз, Линкольн. Зейглер, Эдуардо. Физиология и развитие растений. Sinauer Associates, 2015. ISBN 978-1-60535-255-8 . С. 151.
- ^ Кент, Майкл. Продвинутая биология. Издательство Оксфордского университета США, 2000 г. ISBN 0-19-914195-9 . С. 157–158.
- ^ а б Бермингем Д.П., Блейкли Р.Д. (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 .
- ^ а б 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 .
- ^ Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte 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 .
- ^ Робертсон С.Д., Мэттис Х.Дж., Галли А. (2009). «Более пристальный взгляд на индуцированный амфетамином обратный транспорт и торговлю переносчиками дофамина и норадреналина» . Молекулярная нейробиология . 39 (2): 73–80. DOI : 10.1007 / s12035-009-8053-4 . PMC 2729543 . PMID 19199083 .
- ^ 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 .
- ^ Шервуд, Лорали. 7-е издание. Физиология человека. От клеток к системам. Cengage Learning, 2008. стр. 67
- ^ Рао, П.Н., Левин, Э и др. Повышение уровня сывороточного белка-носителя рибофлавина 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
- « Транспортный белок » в Медицинском словаре Дорланда