Ionszállító - Ion transporter
A biológiában a transzporter egy transzmembrán fehérje, amely ionokat (vagy más kis molekulákat) mozgat át egy biológiai membránon , hogy számos különböző biológiai funkciót elvégezzen, beleértve a sejtkommunikációt, a homeosztázis fenntartását, az energiatermelést stb. , uniporters, antiporters és symporters. Az aktív transzporterek vagy ionszivattyúk olyan transzporterek, amelyek különböző forrásokból - beleértve az adenozin -trifoszfátot (ATP), a napfényt és más redoxreakciókat - származó energiát alakítanak át potenciális energiává azáltal, hogy egy iont felpumpálnak koncentrációs gradiensében. Ezt a potenciális energiát ezután a másodlagos transzporterek, köztük az ionhordozók és az ioncsatornák is felhasználhatják a létfontosságú sejtfolyamatok, például az ATP -szintézis meghajtására .
Ez az oldal elsősorban a szivattyúként működő iontranszporterekre összpontosít, de a transzporterek arra is képesek, hogy molekulákat mozgassanak a megkönnyített diffúzió révén . A megkönnyített diffúzióhoz nincs szükség ATP -re, és lehetővé teszi, hogy a molekulák, amelyek nem képesek gyorsan diffundálni a membránon ( passzív diffúzió ), diffundálják koncentrációgradiensüket ezen a fehérjetranszporteren keresztül.
Az iontranszporterek elengedhetetlenek a megfelelő sejtműködéshez, ezért a sejt erősen szabályozza őket, és a kutatók különféle módszerekkel tanulmányozzák őket. Néhány példa a sejtszabályozásra és kutatási módszerekre kerül.
Osztályozás és egyértelműsítés
Ion transzporterek közé sorolják a szuper család a transzporterek , amelyek 12 család szállítók. Ezek a családok a Nemzetközi Biokémiai és Molekuláris Biológiai Unió (IUBMB) által használt szállítási osztályozási (TC) rendszer részét képezik, és olyan jellemzők szerint vannak csoportosítva, mint a szállítandó szubsztrátumok, a szállítási mechanizmus, az alkalmazott energiaforrás és az egyes fehérjéket alkotó DNS -szekvenciák összehasonlításával is. A legfontosabb egyesítő tényező a szubsztrát feltöltött jellege, amely az ion szállítását jelzi, és nem egy semleges faj. Az ionszállító jelentősen eltér az ioncsatornáktól . A csatornák pórusok, amelyek áthaladnak a membránon, míg a transzportok olyan fehérjék, amelyeknek változtatniuk kell alakjukat, hogy megváltoztassák, melyik membránoldalra nyitottak, ezért a transzporterek sokkal lassabban mozognak a molekuláknál, mint a csatornák.
Az elektrokémiai gradiens vagy koncentrációgradiens egy kémiai molekula vagy ion koncentrációjának különbsége két különálló területen. Egyensúlyi helyzetben az ionkoncentrációk mindkét területen egyenlőek lesznek, így ha a koncentrációban eltérés tapasztalható, az ionok a koncentrációs gradiens "lefelé" történő áramlását vagy a magas koncentrációról az alacsony koncentrációra törekszenek. Az ioncsatornák lehetővé teszik, hogy a csatornába illeszkedő specifikus ionok lefelé áramoljanak koncentrációs gradiensükben, kiegyenlítve a sejtmembrán mindkét oldalán lévő koncentrációkat. Az ioncsatornák és az iontranszporterek ezt a könnyített diffúzió révén érik el, amely a passzív transzport egyik fajtája . Azonban csak iontranszporterek végezhetnek aktív transzportot is, amely magában foglalja az ionok koncentrációgradiensükhöz képest történő mozgatását. Energiaforrásokat, például ATP -t használva az iontranszporterek képesek ionokat mozgatni a koncentrációgradiensükhöz képest, amelyeket aztán másodlagos transzporterek vagy más fehérjék használhatnak energiaforrásként.
Energiaforrás
Elsődleges szállító
Az elsődleges transzporterek energiát használnak fel ionok, például Na + , K + és Ca 2+ szállítására a sejtmembránon keresztül, és koncentrációgradienseket hozhatnak létre. Ez az átvitel energiaforrásként használhatja az ATP -t, vagy felhasználható az ATP előállítására olyan módszerekkel, mint például az üzemek elektronszállító lánca.
Aktív szállító
Az ATP -t használó szállítók koncentrációgradiens formájában átalakítják az ATP -ben lévő energiát potenciális energiává. Az ATP -t használják az ionok alacsony koncentrációból magasabb koncentrációba történő szállítására. Az ATP -t használó fehérjékre példák a P-típusú ATPázok, amelyek foszforilezéssel Na + , K + és Ca 2+ ionokat szállítanak , az anionokat átvivő A típusú ATPázok és az ABC transzporterek (ATP-kötő kazetta transzporterek), amelyek széles körű molekulák. Példák a P-típusú ATPáz közé Na + / K + -ATPáz , hogy szabályozza a Janus kináz-2, valamint a Ca 2+ ATPáz amely mutat érzékenységet ADP és az ATP koncentrációk P-glikoprotein egy példa egy ABC közlekedési kötő fehérje az emberi szervezetben.
ATP előállító transzporter
Az ATP -t előállító transzporterek az ATP -t használó transzporterek ellenkező irányába futnak. Ezek a fehérjék a gradienssel szállítják az ionokat a magasról az alacsony koncentrációra, de a folyamat során ATP képződik. A potenciális energia koncentrációgradiens formájában kerül felhasználásra az ATP előállításához. Az állatokban ez az ATP-szintézis a mitokondriumokban megy végbe, F-típusú ATPáz segítségével, más néven ATP-szintázként . Ez az eljárás az elektronszállító láncot használja fel egy oxidatív foszforilációnak nevezett folyamatban . A V-típusú ATPáz ezzel ellentétes funkciót lát el, mint az F-típusú ATPáz, és növényekben használják az ATP hidrolizálására, hogy protongradienst hozzanak létre. Ilyenek például a lizoszómák, amelyek V-típusú ATPáz savanyító vezikulákat vagy növényi vakuolokat használnak a kloroplasztok fotoszintézise során. Ezt a folyamatot különböző módszerekkel lehet szabályozni, mint például a pH.
Másodlagos szállító
A másodlagos transzporterek ionokat (vagy kis molekulákat) is szállítanak a koncentrációgradiens ellen - az alacsony koncentrációtól a magas koncentrációig -, de ellentétben az elsődleges transzporterekkel, amelyek ATP -t használnak a koncentrációgradiens létrehozásához, a másodlagos transzporterek az elsődleges transzporterek által létrehozott koncentrációgradiensből származó potenciális energiát használják fel ionok szállítására. Például a vékonybélben és a vesében található nátrium-függő glükóz-transzporter a nátrium-kálium-szivattyú által a sejtben létrehozott nátrium-gradienst használja (amint fentebb említettük), hogy segítsen a glükóznak a sejtbe történő bejuttatásában. Ez akkor fordul elő, amikor a nátrium lefelé áramlik a koncentrációs gradiensben, ami elegendő energiát biztosít ahhoz, hogy a glükózt felfelé tolja a koncentrációgradiensben a sejtbe. Ez fontos a vékonybélben és a vesében, hogy megakadályozza a glükózvesztést. Az olyan szimporterek , mint a nátrium-glükóz szimporter, ionokat szállítanak koncentrációgradiensükkel, és összekapcsolják egy második molekula szállítását ugyanabba az irányba. Az antiporterek az egyik molekula koncentrációgradiensét is használják a másik koncentrációs gradiensének felfelé mozgatására, de a kapcsolt molekulát az ellenkező irányba szállítják.
Szabályozás
Az iontranszporterek sokféle módon szabályozhatók, például foszforilezés, alloszterikus gátlás vagy aktiválás, valamint ionkoncentrációra való érzékenység. Használata protein kinázok hozzá egy foszfát-csoport vagy foszfatázok hogy defoszforilálni a fehérje lehet változtatni a tevékenység a transzporter. Az, hogy a fehérje aktiválódik vagy gátolódik -e a foszfátcsoport hozzáadásával, az adott fehérjétől függ. Alloszterikus gátlás esetén a szabályozó ligandum kötődhet a szabályozó helyhez, és gátolhatja vagy aktiválhatja a transzportert. Az iontranszportereket az ion oldatban lévő koncentrációja (nem feltétlenül az általa átadott ion) is szabályozhatja. Például az elektronszállító láncot H + ionok (pH) jelenléte szabályozza az oldatban.
Technikák az ionszállítók tanulmányozásához
Patch Clamp
A patch bilincs egy elektrofiziológiai technika, amelyet a sejtek csatornáinak és transzportereinek tanulmányozására használnak a rajtuk keresztülfolyó áram követésével. Ezt a technikát Hodgkin és Huxley tökéletesítette, mielőtt a csatornák és transzporterek létezése ismert lett volna. Úttörő munkája mellett a patch befogási örökség korai szakaszában folytatódik, és a kutatók általánosan használják, hogy tanulmányozzák az ion transzportereket, és hogy a környezet és a ligandumok hogyan befolyásolják a transzporter funkcióját.
Röntgenkristályos vizsgálat
A röntgen-kristálytani képesség hihetetlen eszköz, amely lehetővé teszi a fehérjék szerkezetének megjelenítését, azonban ez csak pillanatfelvétel egy fehérje-konformációról. A transzportfehérjék szerkezete lehetővé teszi a kutatók számára, hogy jobban megértsék, hogyan és mit tesz a transzporter, hogy a molekulákat a membránon keresztül mozgassa.
FRAP
A fluoreszcencia a fényfehérítés után (FRAP) egy technika, amelyet a lipidek vagy fehérjék diffúziójának nyomon követésére használnak a membránban. Ezt a technikát arra használják, hogy jobban megértsék a transzporterek sejtmobilitását és kölcsönhatásait a lipid doménekkel és a sejtmembrán lipid tutajaival.
FRET
A Förster rezonanciaenergia -átvitel (FRET) egy olyan technika, amely fluoreszcenciát használva követi nyomon, hogy két fehérje milyen közel van egymáshoz. Ezt a transzporterek tanulmányozására használták, hogy lássák, hogyan lépnek kölcsönhatásba más sejtfehérjékkel.
Ion transzporterek táblázata
Lásd még
- Aktiv szállitás
- Ion szállítási szám
- Ionszállító szupercsalád
- Membrán transzport fehérje
- Szállítási fehérje
Hivatkozások
Külső linkek
- Ion+szivattyúk az Egyesült Államok Országos Orvostudományi Könyvtárában Orvosi tantárgyi címek (MeSH) D12.776.157.530.450; D12.776.543.585.450
- A Transporter hordozó adatbázis (TSdb)
