Membránový transportní protein - Membrane transport protein

A membránový transportní protein (nebo jednoduše přepravce) je membránový protein[1] podílející se na pohybu ionty, malý molekuly, a makromolekuly, jako další protein, přes a biologická membrána. Transportní proteiny jsou integrální transmembránový protein; to znamená, že existují trvale uvnitř a překlenují membránu, přes kterou transportují látky. Proteiny mohou pomáhat při pohybu látek pomocí usnadněná difúze nebo aktivní transport. Dva hlavní typy proteinů zapojených do takového transportu jsou široce kategorizovány jako oba kanály nebo dopravci. The nosiče rozpuštěných látek a atypické SLC[2] jsou sekundární aktivní nebo usnadňující transportéry u lidí.[3][4] Společně membránové transportéry a kanály jsou transportní. Transportomy regulují buněčný příliv a odtok nejen iontů a živin, ale také léků.

Rozdíl mezi kanály a nosiči

A dopravce není otevřen současně do extracelulárního i intracelulárního prostředí. Buď je otevřena její vnitřní brána, nebo je otevřena vnější brána. Naproti tomu a kanál mohou být otevřené pro obě prostředí současně, což umožňuje molekulám difundovat bez přerušení. Nosiče mají vazebná místa, ale póry a kanály nikoliv.[5][6][7] Když je otevřen kanál, miliony iontů mohou projít membránou za sekundu, ale pouze 100 až 1 000 molekul obvykle projde nosnou molekulou současně.[8] Každý nosný protein je navržen tak, aby rozpoznával pouze jednu látku nebo jednu skupinu velmi podobných látek. Výzkum koreloval vady specifických nosných proteinů se specifickými chorobami.[9]

Aktivní transport

Hlavní článek: Aktivní transport
Akce sodno-draselné čerpadlo je příklad primárního aktivního přenosu. Dva nosné proteiny vlevo používají ATP k přesunu sodíku z buňky proti koncentračnímu gradientu. Proteiny vpravo využívají sekundární aktivní transport k přesunu draslíku do buňky.

Aktivní transport je pohyb látky přes membránu proti jejímu koncentračnímu gradientu. To je obvykle akumulace vysokých koncentrací molekul, které buňka potřebuje, jako je glukóza nebo aminokyseliny. Pokud proces využívá chemickou energii, jako je adenosintrifosfát (ATP), nazývá se to primární aktivní transport. Sekundární aktivní transport zahrnuje použití elektrochemický gradient, a nepoužívá energii produkovanou v buňce.[10] Na rozdíl od kanálových proteinů, které transportují látky pouze membránami pasivně, mohou transportní proteiny transportovat ionty a molekuly buď pasivně prostřednictvím usnadněné difúze, nebo sekundárním aktivním transportem.[11] K přenosu částic z oblastí s nízkou koncentrací do oblastí s vysokou koncentrací je nutný nosičový protein. Tyto nosné proteiny mají receptory, které se vážou na specifickou molekulu (substrát) vyžadující transport. Molekula nebo iont, který má být transportován (substrát), se musí nejprve vázat na vazebné místo na molekule nosiče s určitou vazebnou afinitou. Po navázání a zatímco vazebné místo směřuje stejným způsobem, nosič zachytí nebo uzavře (vezme a udrží) Podklad v jeho molekulární struktuře a způsobit vnitřní translokaci, takže otvor v proteinu nyní směřuje na druhou stranu plazmatické membrány.[12] Substrát nosného proteinu se v tomto místě uvolňuje podle své vazebné afinity.

Usnadněná difúze

Hlavní článek: Usnadněná difúze
Ukazatelná difúze v buněčné membráně iontové kanály (vlevo) a nosné proteiny (tři vpravo).

Usnadněná difúze je přechod molekul nebo iontů přes biologickou membránu přes specifické transportní proteiny a nevyžaduje žádný energetický vstup. Usnadněná difúze se používá zejména v případě velkých polárních molekul a nabitých iontů; jakmile jsou tyto ionty rozpuštěny ve vodě, nemohou volně difundovat přes buněčné membrány kvůli hydrofobní povaze konců mastných kyselin fosfolipidů, které tvoří dvojvrstvy. Typ nosných proteinů používaných při usnadněné difúzi se mírně liší od typů používaných v aktivních doprava. Stále jsou to transmembránové nosné proteiny, ale jedná se o bránové transmembránové kanály, což znamená, že se interně nepřemisťují, ani nevyžadují funkci ATP. Substrát se odebírá na jedné straně hradlovaného nosiče a bez použití ATP se substrát uvolňuje do buňky. Mohou být použity jako potenciální biomarkery.

Reverzní difúze

Hlavní článek: Zpětný transport

Zpětný transport nebo obrácení transportéru, je jev, při kterém se substráty membránového transportního proteinu pohybují v opačném směru, než je jejich typický pohyb transportérem.[13][14][15][16][17] K obrácení transportéru obvykle dochází, když je membránový transportní protein fosforylovaný konkrétním protein kináza, což je enzym který přidává a fosfát skupina k proteinům.[13][14]

Typy

(Seskupeno podle Databáze klasifikace transportérů Kategorie)

1: Kanály / póry

Usnadněná difúze probíhá dovnitř a ven z buněčné membrány kanály / póry a nosiči / nosiči.

Poznámka:

  • Kanály:

Kanály jsou v otevřeném nebo uzavřeném stavu. Když je kanál otevřen s mírným konformačním přepínačem, je otevřen oběma prostředím současně (extracelulárně i intracelulárně)

  • Tento obrázek představuje symport. Žlutý trojúhelník ukazuje gradient koncentrace pro žluté kruhy, zatímco zelený trojúhelník ukazuje gradient koncentrace pro zelené kruhy a fialové tyčinky jsou svazek transportního proteinu. Zelené kruhy se pohybují proti svému koncentračnímu gradientu prostřednictvím transportního proteinu, který vyžaduje energii, zatímco žluté kruhy se pohybují dolů po svém koncentračním gradientu, který uvolňuje energii. Žluté kruhy produkují více energie chemiosmóza než je potřeba k pohybu zelených kruhů, takže pohyb je spojen a část energie je zrušena. Jedním z příkladů je laktóza permeáza což umožňuje protonům jít dolů jeho koncentračním gradientem do buňky a zároveň pumpovat do buňky laktózu.
    Póry:

Póry jsou nepřetržitě otevřené těmto oběma prostředím, protože nepodléhají konformačním změnám. Jsou vždy otevřené a aktivní.

2: Transportéry poháněné elektrochemickým potenciálem

Také pojmenované nosné proteiny nebo sekundární nosiče.

3: Primární aktivní transportéry

  • 3. A: Transportéry poháněné vazbou PP vazbou:
    • Transportér kazety vázající ATP (ABC transportér), jako je MDR, CFTR
    • ATPáza typu V. ; („V“ ve vztahu k vakuolární).
    • ATPáza typu P. ; („P“ související s fosforylací), například:
    • Tento obrázek představuje antiport. Žlutý trojúhelník ukazuje gradient koncentrace pro žluté kruhy, zatímco modrý trojúhelník ukazuje gradient koncentrace pro modré kruhy a fialové tyčinky jsou svazek transportního proteinu. Modré kruhy se pohybují proti svému koncentračnímu gradientu přes transportní protein, který vyžaduje energii, zatímco žluté kruhy se pohybují dolů po svém koncentračním gradientu, který uvolňuje energii. Žluté kruhy produkují více energie chemiosmóza než je potřeba k pohybu modrých kruhů, takže pohyb je spojen a část energie je zrušena. Jedním z příkladů je sodík-proton výměník, který umožňuje protonům snížit jejich koncentrační gradient do buňky při čerpání sodíku z buňky.
      ATPáza typu F.; ("F" související s faktorem), včetně: mitochondriální ATP syntáza, chloroplast ATP syntáza1
  • 3.B: Transportéry poháněné dekarboxylací
  • 3.C: Transportéry poháněné methyltransferem
  • 3.D: Transportéry poháněné oxidoredukcí
  • 3.E: Transportéry poháněné absorpcí světla, jako např rhodopsin

4: Skupinové překladače

Skupinové translokátory poskytují speciální mechanismus pro fosforylaci cukrů při jejich transportu do bakterií (PEP group translocation)

5: Elektronové nosiče

Transmembránové nosiče přenosu elektronů v membráně zahrnují nosiče dvou elektronů, jako jsou oxidoreduktázy disulfidové vazby (DsbB a DsbD v E. coli), stejně jako nosiče s jedním elektronem, jako je NADPH oxidáza. Tyto redoxní proteiny často nejsou považovány za transportní proteiny.

Příklady

Každý nosný protein, zejména ve stejné buněčné membráně, je specifický pro jeden typ nebo rodinu molekul. Například, GLUT1 je pojmenovaný nosný protein nacházející se téměř ve všech membránách zvířecích buněk, který transportuje glukózu přes dvojvrstvu. Další specifické nosné proteiny také pomáhají tělu fungovat důležitými způsoby. Cytochromy působí v elektronový transportní řetězec jako nosné proteiny pro elektrony.[10]

Patologie

Řada dědičných onemocnění zahrnuje defekty nosných proteinů v konkrétní látce nebo skupině buněk. Cysteinurie (cystein v moči a močovém měchýři) je takové onemocnění zahrnující vadné proteiny nosiče cysteinu v membránách ledvinových buněk. Tento transportní systém normálně odstraňuje cystein z tekutiny určené k tomu, aby se stal močí, a vrací tuto esenciální aminokyselinu do krve. Když tento nosič nefunguje, zůstává velké množství cysteinu v moči, kde je relativně nerozpustný a má tendenci se srážet. To je jedna příčina močových kamenů.[18] Ukázalo se, že některé proteiny nosiče vitamínů jsou nadměrně exprimovány u pacientů se maligním onemocněním. Například úrovně riboflavinový nosný protein (RCP) bylo prokázáno, že jsou významně zvýšené u lidí s rakovina prsu.[19]

Viz také

Reference

  1. ^ Membrána + transport + proteiny v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
  2. ^ Perland, Emelie; Bagchi, Sonchita; Klaesson, Axel; Fredriksson, Robert (01.09.2017). „Charakteristiky 29 nových atypických nosičů rozpuštěných látek typu nadrodiny hlavních facilitátorů: evoluční konzervace, předpokládaná struktura a neuronální koexprese“. Otevřená biologie. 7 (9): 170142. doi:10.1098 / rsob.170142. ISSN  2046-2441. PMC  5627054. PMID  28878041.
  3. ^ Hediger, Matthias A .; Romero, Michael F .; Peng, Ji-Bin; Rolfs, Andreas; Takanaga, Hitomi; Bruford, Elspeth A. (únor 2004). „ABC nosičů rozpuštěných látek: fyziologické, patologické a terapeutické důsledky transportních proteinů lidské membrány Úvod“. Archiv Pflügers: European Journal of Physiology. 447 (5): 465–468. doi:10.1007 / s00424-003-1192-r. ISSN  0031-6768. PMID  14624363. S2CID  1866661.
  4. ^ A b Perland, Emelie; Fredriksson, Robert (březen 2017). "Klasifikační systémy sekundárních aktivních transportérů". Trendy ve farmakologických vědách. 38 (3): 305–315. doi:10.1016 / j.tips.2016.11.008. ISSN  1873-3735. PMID  27939446.
  5. ^ Sadava, David a kol. Life, the Science of Biology, 9. vydání. Macmillan Publishers, 2009. ISBN  1-4292-1962-9. p. 119.
  6. ^ Cooper, Geoffrey (2009). Buňka: Molekulární přístup. Washington, DC: ASM Press. p. 62. ISBN  9780878933006.
  7. ^ Thompson, Liz A. Absolvování testu biologie na konci kurzu v Severní Karolíně. American Book Company, Inc. 2007. ISBN  1-59807-139-4. p. 97.
  8. ^ Assmann, Sarah (2015). "Transport solute". V Taiz, Lincoln; Zeiger, Edward (eds.). Fyziologie a vývoj rostlin. Sinauer. p. 151.
  9. ^ Sadava, David, et al. Life, the Science of Biology, 9. vydání. Macmillan Publishers, 2009. ISBN  1-4292-1962-9. p. 119.
  10. ^ A b Ashley, Ruth. Hann, Gary. Han, Seong S. Cell Biology. New Age International Publishers. ISBN  8122413978. p. 113.
  11. ^ Taiz, Lincoln. Zeigler, Eduardo. Fyziologie a vývoj rostlin. Sinauer Associates, 2015. ISBN  978-1-60535-255-8. 151.
  12. ^ Kent, Michael. Pokročilá biologie. Oxford University Press USA, 2000. ISBN  0-19-914195-9. str. 157–158.
  13. ^ A b Bermingham DP, Blakely RD (říjen 2016). „Regulace transportérů monoaminových neurotransmiterů závislá na kináze“. Pharmacol. Rev. 68 (4): 888–953. doi:10.1124 / pr.115.012260. PMC  5050440. PMID  27591044.
  14. ^ A b Miller GM (leden 2011). „Vznikající role receptoru 1 spojeného se stopovými aminy ve funkční regulaci monoaminových transportérů a dopaminergní aktivitě“. Journal of Neurochemistry. 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, Sitte HH (2002). „Úloha iontů zinku v reverzním transportu zprostředkovaném transportéry monoaminů“. The Journal of Biological Chemistry. 277 (24): 21505–13. doi:10,1074 / jbc.M112265200. PMID  11940571.
  16. ^ Robertson SD, Matthies HJ, Galli A (2009). „Bližší pohled na reverzní transport a obchodování s transportéry dopaminu a norepinefrinu vyvolaný amfetaminem“. Molekulární neurobiologie. 39 (2): 73–80. doi:10.1007 / s12035-009-8053-4. PMC  2729543. PMID  19199083.
  17. ^ Kasatkina LA, Borisova TA (listopad 2013). „Uvolňování glutamátu z krevních destiček: exocytóza versus obrácení transportéru glutamátu“. International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 45 (11): 2585–2595. doi:10.1016 / j.biocel.2013.08.004. PMID  23994539.
  18. ^ Sherwood, Lauralee. 7. vydání. Fyziologie člověka. Od buněk k systémům. Cengage Learning, 2008. str. 67
  19. ^ Rao, PN, Levine, E a kol. Zvýšení sérového proteinu nosiče riboflavinu u rakoviny prsu. Biomarkery proti rakovině Epidemiol Předchozí. Svazek 8 č. 11, str. 985–990

Anderle, P., Barbacioru, C., Bussey, K., Dai, Z., Huang, Y., Papp, A., Reinhold, W., Sadee, W., Shankavaram, U., & Weinstein, J. (2004). Membránové transportéry a kanály: Role transportomu v chemosenzitivitě a chemorezistenci rakoviny. Cancer Research, 54, 4294-4301.

externí odkazy