Ионный транспортер - Ion transporter

В биологии переносчик - это трансмембранный белок, который перемещает ионы (или другие небольшие молекулы) через биологическую мембрану для выполнения множества различных биологических функций, включая клеточную связь, поддержание гомеостаза, производство энергии и т. Д. Существуют различные типы переносчиков, включая насосы. , унипортеры, антипортеры и сторонники. Активные переносчики или ионные насосы - это переносчики, которые преобразуют энергию из различных источников, включая аденозинтрифосфат (АТФ), солнечный свет и другие окислительно - восстановительные реакции, в потенциальную энергию, нагнетая ион вверх по градиенту его концентрации. Эта потенциальная энергия может затем использоваться вторичными переносчиками, включая ионные переносчики и ионные каналы, для управления жизненно важными клеточными процессами, такими как синтез АТФ .

Эта страница посвящена в основном ионным переносчикам, действующим как насосы, но переносчики также могут перемещать молекулы посредством облегченной диффузии . Облегченная диффузия не требует АТФ и позволяет молекулам, которые не могут быстро диффундировать через мембрану ( пассивная диффузия ), диффундировать вниз по градиенту их концентрации через эти переносчики белка.

Переносчики ионов необходимы для правильного функционирования клетки, поэтому они сильно регулируются клеткой и изучаются исследователями с использованием различных методов. Будут приведены некоторые примеры клеточной регуляции и методов исследования.

Распространение против транспорта

Классификация и устранение неоднозначности

Ионные транспортеры классифицируются как супер семьи из транспортеров , которые содержат 12 семейств транспортеров. Эти семейства являются частью системы транспортной классификации (TC), которая используется Международным союзом биохимии и молекулярной биологии (IUBMB), и сгруппированы по таким характеристикам, как транспортируемые субстраты, механизм переноса, используемый источник энергии и также путем сравнения последовательностей ДНК, составляющих каждый белок. Наиболее важным объединяющим фактором является заряженная природа субстрата, которая указывает на перенос иона, а не нейтральных частиц. Переносчики ионов существенно отличаются от ионных каналов . Каналы - это поры, которые проходят через мембрану, тогда как транспортеры - это белки, которые должны менять форму, чтобы переключить, с какой стороны мембраны они открыты, из-за этого транспортеры намного медленнее перемещают молекулы, чем каналы.

Электрохимический градиент или градиент концентрации - это разница в концентрации химической молекулы или иона в двух отдельных областях. В состоянии равновесия концентрации иона в обеих областях будут равны, поэтому, если есть разница в концентрации, ионы будут стремиться течь «вниз» по градиенту концентрации или от высокой концентрации к низкой. Ионные каналы позволяют определенным ионам, которые войдут в канал, течь вниз по градиенту их концентрации, выравнивая концентрации по обе стороны от клеточной мембраны. Ионные каналы и переносчики ионов достигают этого за счет облегченной диффузии, которая является одним из видов пассивного транспорта . Однако только переносчики ионов могут также осуществлять активный транспорт, который включает перемещение ионов против градиента их концентрации. Используя источники энергии, такие как АТФ, переносчики ионов могут перемещать ионы против градиента их концентрации, которые затем могут использоваться вторичными переносчиками или другими белками в качестве источника энергии.

Энергетический ресурс

Первичный транспортер

ATPsynthase использует химический (протонный) градиент для генерации ATP

Первичные переносчики используют энергию для переноса ионов, таких как Na + , K + и Ca 2+, через клеточную мембрану и могут создавать градиенты концентрации. Этот транспорт может использовать АТФ в качестве источника энергии или его можно использовать для генерации АТФ с помощью таких методов, как цепь переноса электронов в растениях.

Активный транспортер

Транспортеры, использующие АТФ, преобразуют энергию АТФ в потенциальную энергию в виде градиента концентрации. Они используют АТФ для переноса иона из низкой концентрации в более высокую. Примерами белков, использующих АТФ, являются АТФазы P-типа, которые переносят ионы Na + , K + и Ca 2+ путем фосфорилирования, АТФазы A-типа, переносящие анионы, и переносчики ABC (переносчики кассет, связывающих АТФ), которые транспортируют широкий набор молекулы. Примеры АТФазы P-типа включают Na + / K + -ATPase, которая регулируется Janus Kinase-2, а также Ca 2+ ATPase, которая проявляет чувствительность к концентрациям ADP и ATP. P-гликопротеин является примером белка, связывающего транспорт ABC. в теле человека.

Переносчик, продуцирующий АТФ

Транспортеры, продуцирующие АТФ, работают в противоположном направлении по отношению к транспортерам, использующим АТФ. Эти белки переносят ионы от высокой до низкой концентрации с градиентом, но в процессе образуется АТФ. Потенциальная энергия в виде градиента концентрации используется для генерации АТФ. У животных этот синтез АТФ происходит в митохондриях с использованием АТФазы F-типа, также известной как АТФ-синтаза . Этот процесс использует цепь переноса электронов в процессе, называемом окислительным фосфорилированием . АТФаза V-типа выполняет функцию, противоположную АТФазе F-типа, и используется в растениях для гидролиза АТФ для создания протонного градиента. Примерами этого являются лизосомы, которые используют АТФазу V-типа для подкисления пузырьков или вакуолей растений во время процесса фотосинтеза в хлоропластах. Этот процесс можно регулировать с помощью различных методов, например, pH.

Вторичный транспортер

Симпортер Na + Glu
Porters.PNG

Вторичные переносчики также переносят ионы (или небольшие молекулы) против градиента концентрации - от низкой концентрации к высокой - но в отличие от первичных переносчиков, которые используют АТФ для создания градиента концентрации, вторичные переносчики используют потенциальную энергию из градиента концентрации, создаваемого первичными переносчиками. транспортировать ионы. Например, натрийзависимый переносчик глюкозы, обнаруженный в тонком кишечнике и почках, использует градиент натрия, создаваемый в клетке натриево-калиевым насосом (как упоминалось выше), чтобы помочь переносить глюкозу в клетку. Это происходит, когда натрий течет вниз по градиенту концентрации, который обеспечивает достаточно энергии, чтобы подтолкнуть глюкозу вверх по градиенту концентрации обратно в клетку. Это важно для тонкого кишечника и почек, чтобы предотвратить потерю глюкозы. Симпортеры, такие как натрий-глюкозный симпортер, переносят ион с градиентом его концентрации, и они связывают транспорт второй молекулы в том же направлении. Антипортеры также используют градиент концентрации одной молекулы для перемещения другой вверх по градиенту концентрации, но связанная молекула транспортируется в противоположном направлении.

Регулирование

Переносчики ионов можно регулировать различными способами, такими как фосфорилирование, аллостерическое ингибирование или активация и чувствительность к концентрации ионов. Использование протеинкиназ для добавления фосфатной группы или фосфатаз для дефосфорилирования белка может изменить активность переносчика. Будет ли белок активирован или ингибирован добавлением фосфатной группы, зависит от конкретного белка. При аллостерическом ингибировании регуляторный лиганд может связываться с регуляторным сайтом и либо ингибировать, либо активировать переносчик. Переносчики ионов также могут регулироваться концентрацией иона (не обязательно иона, который он переносит) в растворе. Например, цепь переноса электронов регулируется наличием ионов H + (pH) в растворе.

Методы изучения переносчиков ионов

Патч зажим

Патч-зажим - это электрофизиологический метод, используемый для изучения каналов и переносчиков в клетках путем отслеживания протекающего через них тока. Этот метод был усовершенствован Ходжкином и Хаксли до того, как стало известно о существовании каналов и транспортеров. Помимо его новаторской работы на раннем этапе, наследие фиксации заплат продолжается и широко используется исследователями для изучения переносчиков ионов и того, как окружающая среда и лиганды влияют на функцию переносчика.

Рентгеновская кристаллография

Рентгеновская кристаллография - невероятный инструмент, который позволяет визуализировать структуру белков, однако это всего лишь снимок конформации одного белка. Структура транспортных белков позволяет исследователям лучше понять, как и что переносчик делает для перемещения молекул через мембрану.

FRAP

Флуоресценция после фотообесцвечивания (FRAP) - это метод, используемый для отслеживания диффузии липидов или белков в мембране. Этот метод используется для лучшего понимания подвижности транспортеров в клетке и ее взаимодействия с липидными доменами и липидными рафтами в клеточной мембране.

FRET

Резонансный перенос энергии Фёрстера (FRET) - это метод, в котором флуоресценция используется для отслеживания расстояния между двумя белками. Это было использовано при изучении переносчиков, чтобы увидеть, как они взаимодействуют с другими клеточными белками.

Таблица переносчиков ионов

Ионные транспортеры
Транспортер нейротрансмиттера
Переносчик глутамата
Транспортер моноаминов
Транспортеры ГАМК
Переносчики глицина
Переносчики аденозина
Плазменная мембрана Са 2+ АТФаза
Натрий-кальциевый обменник
Симпортер хлорида натрия

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки