Cotransporter - Cotransporter

Cotransporters jsou podkategorií membránové transportní proteiny (transportéry), které spojují příznivý pohyb jedné molekuly s jejím koncentrační gradient a nepříznivý pohyb jiné molekuly proti jejímu koncentračnímu gradientu. Umožňují kotransport (sekundární aktivní doprava) a zahrnout antiportery a sympatizanti. Obecně se přepravci skládají ze dvou ze tří tříd integrální membránové proteiny známé jako transportéry, které se pohybují molekuly a ionty napříč biomembránami. Uniporters jsou také transportéry, ale pohybují pouze jedním typem molekuly po jejím koncentračním gradientu a nejsou klasifikovány jako kotransportéry.[1]

Základní rozdíl mezi kotransportéry známými jako antiporters a symporter a uniporter transportér.

Pozadí

Cotransporters jsou schopni pohybovat rozpuštěnými látkami buď nahoru nebo dolů gradienty rychlostí 1 000 až 100 000 molekul za sekundu. Mohou působit jako kanály nebo transportéry v závislosti na podmínkách, za kterých jsou testovány. Pohyb nastává vazbou na dvě molekuly nebo ionty najednou a použitím gradientu koncentrace jedné rozpuštěné látky k vynucení druhé molekuly nebo iontu proti jejímu přechodu. Některé studie ukazují, že kotransportéry mohou fungovat jako iontové kanály, což je v rozporu s klasickými modely. Například pšeničný transportér HKT1 vykazuje dva způsoby transportu stejným proteinem.[2]

Cotransporters lze klasifikovat jako antiportery a sympatizanti. Oba využívají elektrický potenciál a / nebo chemické přechody k pohybu protonů a iontů proti jejich koncentračnímu gradientu. V rostlinách proton je považován za sekundární látku a vysokou koncentraci protonů v apoplast pohání dovnitř pohyb určitých iontů symportéry. A Protonový gradient přesune ionty do vakuola proton-sodným antiporterem nebo proton-vápenatým antiporterem. V rostlinách je transport sacharózy distribuován v celé rostlině protonovou pumpou, kde pumpa, jak bylo diskutováno výše, vytváří gradient protonů, takže je na jedné straně membrány mnohem více než na druhé. Jak protony difundují zpět přes membránu, uvolňuje se tím volná energie difúze se používá k společné přepravě sacharózy. U savců je glukóza transportována transportéry glukózy závislými na sodíku, které v tomto procesu využívají energii. Tady, protože glukóza i sodík jsou transportovány stejným směrem přes membránu, byly by klasifikovány jako symporterové. Systém transportéru glukózy poprvé vyslovil hypotézu Dr. Robert K. Crane v roce 1960, o čemž pojednává dále v článku.[2][3]

Dějiny

Dr. Robert K. Crane a jeho náčrtek pro spojenou přepravu

Dr. Robert K. Crane, absolvent Harvardu, pracoval nějakou dobu v oblasti biochemie sacharidů. Jeho zkušenosti v oblastech glukóza-6-fosfát biochemie, fixace oxidu uhličitého, hexokináza a fosfát studie ho vedly k hypotéze o kotransportu glukózy spolu se sodíkem střevem. Na obrázku vpravo je Dr. Crane a jeho kresba systému kotransporter, který navrhl v roce 1960, na mezinárodním setkání o membránovém transportu a metabolismu. Jeho studie byly potvrzeny dalšími skupinami a nyní se používají jako klasický model pro pochopení dopravců.[4]

Mechanismus

Antiporters a symporter oba transportují dva nebo více různých typů molekul najednou ve spojeném pohybu. Energeticky nepříznivý pohyb jedné molekuly je kombinován s energeticky příznivým pohybem jiné molekuly nebo iontů za účelem poskytnutí energie potřebné pro transport. Tento typ dopravy je znám jako sekundární aktivní transport a je poháněn energií odvozenou z koncentračního gradientu iontů / molekul přes membránu, do které je protein proteinu kotransporter integrován.[1]

Cotransporters procházejí cyklem konformační změny spojením pohybu iontu s jeho koncentračním gradientem (pohyb z kopce) k pohybu kotransportované rozpuštěné látky proti jeho koncentračnímu gradientu (pohyb do kopce).[5] V jedné konformaci bude mít protein vazebné místo (nebo místa v případě symporterů) vystavené jedné straně membrány. Po navázání jak molekuly, která má být transportována do kopce, tak molekuly, která má být transportována z kopce, dojde ke konformační změně. Tato konformační změna vystaví vázané substráty na opačné straně membrány, kde se substráty disociují. Aby došlo ke konformační změně, musí být molekula i kation vázány. Tento mechanismus poprvé zavedl Oleg Jardetzky v roce 1966.[6] Tento cyklus konformačních změn přenáší pouze jeden iont substrátu najednou, což vede k poměrně pomalé rychlosti přenosu (100 do 104 ionty nebo molekuly za sekundu) ve srovnání s jinými transportními proteiny iontové kanály.[1] Rychlost, s jakou tento cyklus konformačních změn nastává, se nazývá rychlost obratu (TOR) a vyjadřuje se jako průměrný počet úplných cyklů za sekundu prováděných jednou molekulou kotransportéru.[5]

Typy

antiporter
symporter

Antiporters

Antiporters používají mechanismus kotransportu (spojení pohybu jednoho iontu nebo molekuly dolů po jeho koncentračním gradientu s transportem jiného iontu nebo molekuly nahoru po jeho koncentračním gradientu), k pohybu iontů a molekuly v opačných směrech.[1] V této situaci se jeden z iontů přesune z exoplazmatického prostoru do cytoplazmatický prostor zatímco druhý iont se bude pohybovat z cytoplazmatického prostoru do exoplazmatického prostoru. Příkladem antiporteru je výměník sodíku a vápníku. Funkce výměníku sodíku a vápníku odstraňuje přebytečný vápník z cytoplazmatického prostoru do exoplazmatického prostoru proti jeho koncentračnímu gradientu spojením jeho transportu s transportem sodíku z exoplazmatického prostoru do jeho koncentračního gradientu (stanoveného aktivní transport sodíku z buňky pomocí sodno-draselné čerpadlo ) do cytoplazmatického prostoru. Výměník sodíku a vápníku vyměňuje 3 ionty sodíku za 1 iont vápníku a představuje a kation antiporter.[7]

Buňky také obsahují anion antiportery, jako je Pásmo 3 (nebo AE1) aniontový transportní protein. Tento kotransporter je důležitým integrálním proteinem u savců erytrocyty a pohybuje se chloridový ion a hydrogenuhličitanový ion v poměru jedna ku jedné přes plazmatickou membránu pouze na základě koncentrační gradient dvou iontů. Antiporter AE1 je nezbytný při odstraňování oxid uhličitý odpad, který se převádí na hydrogenuhličitan uvnitř erytrocytu.[8]

Sympatizanti

Na rozdíl od antiporterů pohybují symportéři ionty nebo molekuly stejným směrem.[1] V tomto případě budou oba transportované ionty přesunuty buď z exoplazmatického prostoru do cytoplazmatického prostoru, nebo z cytoplazmatického prostoru do exoplazmatického prostoru. Příkladem symporteru je transportér vázaný na sodík a glukózu nebo SGLT. Funkce SGLT spojuje transport sodíku v exoplazmatickém prostoru po jeho koncentračním gradientu (opět stanoveném aktivním transportem sodíku z buňky sodno-draselné čerpadlo ) do cytoplazmatického prostoru k transportu glukózy v exoplazmatickém prostoru proti jeho koncentračnímu gradientu do cytoplazmatického prostoru. SGLT spojuje pohyb 1 glukózového iontu s pohybem 2 sodíkových iontů.[9][10]

Příklady přepravců

Na+/ glukózový kotransporter (SGLT1) - je také známý jako kotransportér sodíku a glukózy 1 a je kódován genem SLC5A1. SGLT1 je elektrogenní transportér, protože sodíkový elektrochemický gradient vede glukózu do kopce do buněk. SGLT1 je vysoce afinitní Na+ / glukózový kotransporter, který má důležitou roli při přenosu cukru přes epiteliální buňky renálních proximálních tubulů a střeva, zejména tenkého střeva.[11][12]

Na+/ fosfátový kotransporter (NaPi) - Kotransportéry fosforečnan sodný jsou z proteinových rodin SLC34 a SLC20. Vyskytují se také v epiteliálních buňkách renálního proximálního tubulu a tenkého střeva. Přenáší anorganický fosfát do buněk aktivním transportem pomocí Na+ spád. Podobně jako SGTL1 jsou klasifikovány jako elektrogenní transportéry. NaPi spojený s 3 Na+ ionty a 1 dvojmocný Pi, jsou klasifikovány jako NaPi IIa a NaPi IIb. NaPi, které se spojí s 2 Na+ a 1 dvojmocný Pi jsou klasifikovány jako NaPi IIc.[11][13]

Na+/ Já− symporter (NIS) - Jodid sodný je typem symportéru, který je zodpovědný za přenos jodidu do štítné žlázy. NIS se primárně nachází v buňkách štítné žlázy a také v mléčných žlázách. Jsou umístěny na bazolaterální membráně folikulárních buněk štítné žlázy, kde 2 Na+ ionty a 1 I− iont je vázán k přenosu jodidu. Aktivita NIS pomáhá při diagnostice a léčbě onemocnění štítné žlázy, včetně vysoce úspěšné léčby rakoviny štítné žlázy radiojodidem po tyroidektomii.[11][14]

Symporter Na-K-2Cl - Tento konkrétní kotransporter reguluje objem buněk řízením vody a elektrolyt obsah v buňce.[15] Cotransporter Na-K-2Cl je životně důležitý při sekreci solí v sekrečních epitelových buňkách spolu s reabsorpcí solí ledvin.[16] Existují dvě variace symporteru Na-K-2Cl, které jsou známé jako NKCC1 a NKCC2. Protein kotransportu NKCC1 se nachází v celém těle, ale NKCC2 se nachází pouze v ledvinách a odstraňuje sodík, draslík a chlorid nacházející se v moči těla, takže může být absorbován do krve.[17]

GABA transportér (GAT) - transportéry neurotransmiteru kyselina y-aminomáselná (GABA) jsou členy rodiny nosičů solute 6 (SLC6) transportérů neurotransmiterových receptorů závislých na sodíku a chloridu, které jsou umístěny v plazmatické membráně a regulují koncentraci GABA v synaptická štěrbina. Gen SLC6A1 kóduje transportéry GABA.[18] Transportéry jsou elektrogenní a spojují 2 Na+, 1 Cl− a 1 GABA pro vnitřní translokaci.[11][19]

K.+Cl− Symporter - K+-Cl− rodina kotransporterů se skládá ze čtyř specifických symporterů známých jako KCC1, KCC2, KCC3 a KCC4. Izoforma KCC2 je specifická pro neuronální tkáň a další tři se nacházejí v různých tkáních v celém těle. Tato rodina kotransporterů řídí úrovně koncentrace draslík a chlorid v buňkách kombinovaným pohybem K.+/ H+ a Cl−/ HCO3− výměníky nebo kombinovaným pohybem obou iontů v důsledku kanálů aktivovaných koncentrací. Čtyři známé proteiny KCC se spojily a vytvořily dvě oddělené podrodiny, přičemž KCC1 a KCC3 se párovaly dohromady a KCC2 a KCC4 se staly párem, který usnadňuje iontový pohyb.[20]

Přidružené nemoci

Tabulka 1: Seznam nemocí souvisejících s transportéry.[21]

Symboly / jména transportéruRelevantní nemoci
4F2HC, SLC3A2Lysinurický
ABC-1, ABC1Tangerova choroba
ABC7, hABC7X-vázaná sideroblastická anémie
ABCRStargardtova choroba, Fundus flavimaculatus
AE1, SLC4A1eliptocytóza, ovalocytóza, hemolytická anémie, sférocytóza, renální tubulární acidóza
AE2, SLC4A2vrozená chloroidorea
AE3, SLC4A3vrozená chloroidorea
ALDRAdrenoleukodystrofie
ANKankylóza (kalcifikace); artritida doprovázené ukládáním minerálů, tvorbou kostních výrůstků a ničením kloubů
Aralar-like, SLC25A13dospělý typ II citrullinemie
ATBo, SLC1A5, hATBo, ASCT2, AAATNeurodegenerace
BCMP1, UCP4, SLC25A14HHH
CFTRCystická fibróza
CTR-1, SLC31A1Menkes /Wilsonova nemoc
CTR-2, SLC31A2Menkes / Wilsonsova choroba, X-vázaný hypofosfatémie
DTD, SLC26A2chondrodysplazie / Diastrofická dysplázie
EAAT1, SLC1A3, GLAST1Neurodegenerace, Amyotrofní laterální skleróza
EAAT2, SLC1A2, GLT-1Neurodegenerace, Dikarboxylová aminoacidurie
EAAT3, SLC1A1, EAAC1Neurodegenerace
EAAT4, SLC1A6Neurodegenerace
EAAT5, SLC1A7Neurodegenerace
FIC1Progresivní familiární intrahepatální cholestáza
FOLT, SLC19A1, RFC1Malabsorpce folátu /megaloblastická anémie
GLUT1, SLC2A1nízká hladina glukózy v CNS záchvaty, Fanconi-Bickelův syndrom, Nemoc skladování glykogenu typ Id, nezávislý na inzulínu diabetes mellitus, porucha v transportu glukózy přes hematoencefalickou bariéru
GLUT2, SLC2A2záchvaty způsobující nízkou hladinu glukózy v CNS, Fanconi-Bickelův syndrom, typ Id skladování glykogenu, diabetes mellitus nezávislý na inzulínu (NIDDM)
GLUT3, SLC2A3záchvaty způsobující nízkou hladinu glukózy v CNS, Fanconi-Bickelův syndrom, typ Id skladování glykogenu, diabetes mellitus nezávislý na inzulínu (NIDDM)
GLUT4, SLC2A4záchvaty způsobující nízkou hladinu glukózy v CNS, Fanconi-Bickelův syndrom, typ Id skladování glykogenu, diabetes mellitus nezávislý na inzulínu (NIDDM)
GLUT5, SLC2A5Izolovaná fruktóza malabsorpce
HETanémie, genetické hemochromatóza
HTT, SLC6A4rysy související s úzkostí
LAT-2, SLC7A6Nesnášenlivost lysinurových proteinů
LAT-3, SLC7A7nesnášenlivost lysinurových proteinů
MDR1lidské rakoviny
MDR2, MDR3Familiární intrahepatální cholestáza
MRP1lidské rakoviny
NBCDownův syndrom
NBC1, SLC4A4renální tubulární acidóza
NBC3, SLC4A7vrozená hypotyreóza
NCCT, SLC12A3, TSCGitelmanov syndrom
NHE2, SLC9A2Zahrnovací choroba Microvillus
NHE3, SLC9A3 / 3PZahrnovací choroba Microvillus
NIS, SLC5A5kongenitální hypotyreóza
NKCC1, SLC12A2Gitelmanov syndrom
NKCC2, SLC12A1Bartterův syndrom
NORTRDiGeorgeův syndrom, velocardiofacial syndrom
NRAMP2, DCT1, SLC11A2,Porucha pozornosti s hyperaktivitou
NTCP2, ISBT, SLC10A2malabsorpce primární žlučové kyseliny (PBAM)
OCTN2, SLC22A5systémový nedostatek karnitinu (progresivní kardiomyopatie, kosterní myopatie, hypoglykemie, hyperamonémie, Syndrom náhlého úmrtí dětí )
ORNT1, SLC25A15HHH
PMP34, SLC25A17Gravesova choroba
rBAT, SLC3A1, D2cystinurie
SATT, SLC1A4, ASCT1Neurodegenerace
SBC2hypocitraturie
SERTrůzné duševní poruchy
SGLT1, SLC5A1ledvin glukosurie / malabsorpce glukózy a galaktózy
SGLT2, SLC5A2renální glukosurie
SMVT, SLC5A6rysy související s úzkostí, Deprese
TAP1juvenilní psoriáza
y + LCystinurie typu I.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Lodish, Harvey; Berk, A .; Amon, A .; Bretscher, A .; Kaiser, C .; Kriefer, M .; et al. (2013). Molekulární buněčná biologie (7. vydání). New York: W.H. Freeman and Co. ISBN  978-1-4292-3413-9.
  2. ^ A b Chrispeels, Maarten J; Nigel M. Crawford; Julian I. Schroeder (duben 1999). „Proteiny pro transport vody a minerálních živin přes membrány rostlinných buněk“. Rostlinná buňka. 11 (4): 661–675. doi:10,1105 / tpc.11.4.661. PMC  144211. PMID  10213785.
  3. ^ Zhao, Feng-Qi; Aileen F. Keating (2007). "Funkční vlastnosti a genomika transportérů glukózy". Současná genomika. 8 (2): 113–128. doi:10.2174/138920207780368187. PMC  2435356. PMID  18660845.
  4. ^ Hamilton, Kirk L. (březen 2013). „Robert K. Crane - Na+- glukózový kotransportér k léčbě? “. Hranice ve fyziologii. 4 (53): 53. doi:10.3389 / fphys.2013.00053. PMC  3605518. PMID  23525627.
  5. ^ A b Longpré, JP; Lapointe, JY (5. ledna 2011). „Stanovení Na+/ rychlost obratu glukózového kotransporteru (SGLT1) pomocí techniky iontové pasti ". Biofyzikální deník. 100 (1): 52–9. Bibcode:2011BpJ ... 100 ... 52L. doi:10.1016 / j.bpj.2010.11.012. PMC  3010014. PMID  21190656.
  6. ^ Jardetzky, O (27. srpna 1966). Msgstr "Jednoduchý alosterický model pro membránová čerpadla". Příroda. 211 (5052): 969–70. Bibcode:1966Natur.211..969J. doi:10.1038 / 211969a0. PMID  5968307.
  7. ^ Blaustein, MP; Lederer, WJ (červenec 1999). „Výměna sodíku / vápníku: její fyziologické důsledky“. Fyziologické recenze. 79 (3): 763–854. doi:10.1152 / fyzrev.1999.79.3.763. PMID  10390518. S2CID  6963309.
  8. ^ Lodish, Harvey (2000). Molekulární buněčná biologie (4. vydání, 1. vydání, vydání). New York: Freeman. ISBN  978-0716737063.
  9. ^ Wright, Ernest; Eric Turk (únor 2004). "Sodík / glukóza kotransportní rodina SLC5". Archiv Pflügers: European Journal of Physiology. 447 (5): 510–518. doi:10.1007 / s00424-003-1063-6. PMID  12748858.
  10. ^ Chen, Xing-Zhen; Coady, Michael J .; Jackson, Francis; Berteloot, Alfred; Lapointe, Jean-Yves (prosinec 1995). "Termodynamické stanovení Na+: Glukózový vazebný poměr pro lidský SGLT1 Cotransporter ". Biofyzikální deník. 69 (6): 2405–2414. Bibcode:1995 BpJ .... 69,2405C. doi:10.1016 / s0006-3495 (95) 80110-4. PMC  1236478. PMID  8599647.
  11. ^ A b C d Fyziologie web. „Sekundární aktivní transport“. Fyziologie web. Citováno 4. prosince 2013.
  12. ^ Wright, Ernest M; Donald D. F. Loo; Bruce A. Hirayama; Eric Turk (prosinec 2004). "Překvapivá všestrannost Na+-Glukózový bavlněný transportér: SLC5 ". Fyziologie. 19 (6): 370–376. doi:10.1152 / fyziol. 00026.2004. PMID  15546855.
  13. ^ Biber, Jürg; Nati Hernando; Ian Forster (2013). "Fosfátové transportéry a jejich funkce". Roční přehled fyziologie. 75 (1): 535–550. doi:10.1146 / annurev-physiol-030212-183748. PMID  23398154.
  14. ^ Paroder-Belenitsky, Monika; Maestas, Matthew J .; Dohán, Orsolya; Nicola, Juan Pablo; Reyna-Neyra, Andrea; Follenzi, Antonia; Dadachova, Ekaterina; Eskandari, Sepehr; Amzel, L. Mario; Carrasco, Nancy (listopad 2011). „Mechanismus aniontové selektivity a stechiometrie Na+/ Já− symporter (NIS) ". PNAS. 108 (44): 17933–17938. Bibcode:2011PNAS..10817933P. doi:10.1073 / pnas.1108278108. PMC  3207644. PMID  22011571.
  15. ^ Lionetto, MG; Schettino, T (květen - červen 2006). "Pak+-K+-2Cl− kotransporter a osmotická stresová reakce v modelu epitelu transportu soli ". Acta Physiologica. 187 (1–2): 115–24. doi:10.1111 / j.1748-1716.2006.01536.x. PMID  16734748.
  16. ^ Haas, M (říjen 1994). „Kotransportéři Na-K-Cl“. Americký žurnál fyziologie. 267 (4 Pt 1): C869–85. doi:10.1152 / ajpcell.1994.267.4.C869. PMID  7943281.
  17. ^ Hebert, SC; Mount, DB; Gamba, G (únor 2004). „Molekulární fyziologie kationtově vázaného Cl− kotransport: rodina SLC12 ". Archiv Pflügers: European Journal of Physiology. 447 (5): 580–93. doi:10.1007 / s00424-003-1066-3. PMID  12739168.
  18. ^ Vstup OMIM. "137165 - ŘEŠENÝ RODINNÝ DOPRAVCE 6 (NEUROTRANSMITTER TRANSPORTER, GABA), 1. ČLEN; SLC6A1". Univerzita Johna Hopkinse. Citováno 8. prosince 2013.
  19. ^ GeneCads. „SLC6A11 Gene“. Weizmann Institute of Science. Citováno 8. prosince 2013.
  20. ^ Mercado, A; Píseň, L; Vazquez, N; Mount, DB; Gamba, G (29. září 2000). "Funkční srovnání K+-Cl− přepravci KCC1 a KCC4 ". The Journal of Biological Chemistry. 275 (39): 30326–34. doi:10,1074 / jbc.M003112200. PMID  10913127.
  21. ^ „Nemoci související s transportérem membrán« Databáze transportérů membrán pro personalizovanou medicínu “. pharmtao.com.