Мембранный транспортный белок - Membrane transport protein

А мембранный транспортный белок (или просто транспортер) это мембранный белок[1] участвует в движении ионы, маленький молекулы, и макромолекулы, например, другой белок через биологическая мембрана. Транспортные белки интеграл трансмембранный белок; то есть они постоянно существуют внутри и охватывают мембрану, через которую они переносят вещества. Белки могут способствовать перемещению веществ за счет облегченное распространение или же активный транспорт. Два основных типа белков, участвующих в таком транспорте, в общих чертах классифицируются как каналы или же перевозчики. В носители растворенных веществ и атипичные SLC[2] являются вторичными активными или способствующими переносчиками у людей.[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

А перевозчик не открыт одновременно для внеклеточной и внутриклеточной среды. Либо его внутренние ворота открыты, либо внешние ворота открыты. Напротив, канал могут быть открыты для обеих сред одновременно, позволяя молекулам беспрерывно диффундировать. 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

Основная статья: Активный транспорт
Действие натриево-калиевый насос 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 представляет собой 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 первичный активный транспорт. Вторичный активный транспорт предполагает использование электрохимический градиент, и не использует энергию, произведенную 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 через вторичный активный транспорт.[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 внутри своей молекулярной структуры и вызывают внутреннюю транслокацию, так что отверстие в белке теперь обращено к другой стороне плазматической мембраны.[12] Субстрат белка-носителя высвобождается в этом месте в соответствии с его аффинностью связывания там.

Облегченная диффузия

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

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; когда 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 в активных транспорт. 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

Основная статья: Обратный транспорт

Обратный транспорт, или же разворот транспортера, представляет собой феномен, при котором субстраты мембранного транспортного белка перемещаются в направлении, противоположном их типичному перемещению переносчиком.[13][14][15][16][17] Реверсирование транспортера обычно происходит, когда белок мембранного транспорта фосфорилированный конкретным протеинкиназа, что является фермент что добавляет фосфат группа к белкам.[13][14]

Типы

(Сгруппировано по База данных классификации транспортеров категории)

1: каналы / поры

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 фиолетовые 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 хемиосмос чем то, что требуется для перемещения зеленых кругов, чтобы движение было согласованным, и некоторая энергия нейтрализовалась. Одним из примеров является лактозопермеаза что 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: Электрохимические транспортеры, управляемые потенциалом

Также называются белками-носителями или вторичными носителями.

3: Первичные активные транспортеры

  • 3.A: Транспортеры, управляемые гидролизом P-P-связи:
    • АТФ-связывающий кассетный транспортер (Транспортер ABC), например MDR, CFTR
    • АТФаза V-типа ; («V» относится к вакуолу).
    • АТФаза P-типа ; («P» относится к фосфорилированию), например:
    • 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, высвобождая энергию. Желтые круги производят больше энергии за счет хемиосмос чем то, что требуется для перемещения синих кругов, так что движение связано и некоторая энергия нейтрализуется. Одним из примеров является натрий-протон обменник, который позволяет протонам понижать свой градиент концентрации в ячейке, откачивая натрий из ячейки.
      АТФаза F-типа; («F» относится к фактору), в том числе: митохондриальный 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: Светопоглощающие транспортеры, такие как родопсин

4: Групповые транслокаторы

Групповые транслокаторы обеспечивают особый механизм фосфорилирования сахаров при их переносе 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 клеточных мембранах животных, который переносит глюкозу через бислой. Другие специфические белки-носители также важными способами помогают организму функционировать. Цитохромы действуют в электронная транспортная цепь как белки-переносчики для 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, уровни белок-носитель рибофлавина (RCP) значительно повышается у людей с рак молочной железы.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мембрана + транспорт + белки в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
  2. ^ 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. Дои:10.1098 / rsob.170142. ISSN  2046-2441. ЧВК  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». Архив Пфлюгера: Европейский журнал физиологии. 447 (5): 465–468. Дои: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». Тенденции в фармакологических науках. 38 (3): 305–315. Дои: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. Сдача экзамена по биологии в Северной Каролине. 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. ^ Садава, Давид и др. Жизнь, наука о биологии, 9-е издание. Macmillan Publishers, 2009 г. 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. ^ а б Бермингем Д.П., Блейкли Р.Д. (октябрь 2016 г.). «Киназозависимая регуляция транспортеров моноаминовых нейротрансмиттеров». Pharmacol. Rev. 68 (4): 888–953. Дои:10.1124 / пр.115.012260. ЧВК  5050440. PMID  27591044.
  14. ^ 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. Дои:10.1111 / j.1471-4159.2010.07109.x. ЧВК  3005101. PMID  21073468.
  15. ^ 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. Дои:10.1074 / jbc.M112265200. PMID  11940571.
  16. ^ Робертсон С.Д., Мэттис Х.Дж., Галли А. (2009). «Более пристальный взгляд на индуцированный амфетамином обратный транспорт и торговлю переносчиками дофамина и норэпинефрина». Молекулярная нейробиология. 39 (2): 73–80. Дои:10.1007 / s12035-009-8053-4. ЧВК  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. Дои: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.

внешняя ссылка