Nosný protein

Nosný protein je typ proteinu buněčné membrány, který se účastní usnadněné difúze a aktivního transportu látek z buňky nebo do buňky. Nosné proteiny jsou odpovědné za difúzi cukrů, aminokyselin a nukleosidů. Jsou to také proteiny, které přijímají molekuly glukózy a transportují je a další molekuly (např. Soli, aminokyseliny atd.) Uvnitř buňky. Například nosné proteiny, jako jsou integrální transmembránové proteiny zabudované v buněčné membráně, by měly vysokou afinitu ke konkrétním látkám na povrchu buňky a následně by prošly konformační změnou, která by usnadnila průchod těchto látek do vnitřku buňky přes membránové bariéry. .

Definice nosného proteinu

V biologii je nosný protein typ proteinu, který transportuje určitou látku přes intracelulární oddíly, do extracelulární tekutiny nebo napříč buňkami, na rozdíl od kanálkových proteinů, což jsou další membránové transportní proteiny, které jsou při transportu molekuly méně selektivní. Podobně jako jiné membránové transportní proteiny se nosné proteiny nacházejí v buněčných strukturách lipidových dvouvrstev, jako jsou buněčné membrány, mitochondrie a chloroplasty.

Nosiče vs. formátory kanálů

Nosné proteiny jsou membránové transportní proteiny spolu s kanálové proteiny. Jako membránové transportní proteiny se nacházejí v biologických membránách a jejich primární funkcí je pohyb molekul z jednoho místa do druhého. Tyto transportéry se však v určitých aspektech liší. Kanálové proteiny, jak naznačuje jejich název, tvoří „kanál“, který slouží jako průchod molekul, kterými procházejí. Jsou pevně a trvale umístěni v plazmatické membráně a jejich hydrofobní domény interagují s lipidy membrány. Kanály, které zůstávají otevřené jak uvnitř, tak vně buňky, se označují jako póry. Aquaporin je příkladem kanálového proteinu v buněčné membráně, který umožňuje protékání molekul vody. Naopak, proteinové nosiče netvoří kanály. Spíše mají vazebná místa, odkud se mohou molekuly vázat. Poté posílají molekuly k jejich cíli, tj. K membráně uvnitř nebo vně. Mít vazebná místa znamená, že nosné proteiny jsou selektivnější k molekulám, které transportují. Kromě toho nejsou současně otevřené jak do vnitřku, tak na vnějšek buňky, na rozdíl od určitých proteinů kanálu, konkrétně porinů, které jsou otevřené na obou stranách současně. Na rozdíl od porinových kanálů jsou tedy nosné proteiny schopné transportovat molekuly proti jejich koncentračnímu gradientu, jako v případě aktivního transportu.

Typy nosných proteinů

Nosné proteiny, které se účastní aktivního transportu molekul nebo látek lze klasifikovat na základě transportní aktivity, ve které jsou. Nosné proteiny, které se podílejí na difuzi zprostředkované nosičem, jsou ty, které jsou řízeny koncentračním gradientem a nikoli hydrolýzou ATP. Transportují molekuly z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací. Příkladem jsou nosné proteiny zapojené do usnadněné difúze cukrů, aminokyselin a nukleosidů přes buněčné membrány většiny buněk. (Ref. 1)

Nosné proteiny, které transportují molekuly proti koncentračnímu gradientu, jsou ty, které využívají podstatnou energii. V závislosti na zdroji energie mohou být nosné proteiny klasifikovány jako (1) ATP-řízený, (2) elektrochemický potenciál řízený, nebo (3) světelný. ATP-řízené nosné proteiny jsou ty, které vyžadují ATP k přenosu molekul, zatímco proteiny řízené elektrochemickým potenciálem jsou ty, které jsou poháněny elektrochemickým potenciálem. Světelná čerpadla jsou čerpadla poháněná fotony. Tyto pumpy se běžně vyskytují v bakteriálních buňkách. (Odkaz 2) První dva jsou dále popsány níže.

ATP-řízené nosné proteiny

ATP-řízené nosné proteiny jsou ty, které vyžadují ATP vazbu k pohybu molekul. Specifickým příkladem nosiče, který je poháněn ATP, je sodno-draselné čerpadlo v plazmatické membráně živočišných buněk. Pumpa se specificky váže na ionty sodíku a draslíku. Za účelem udržení] udržuje toto čerpadlo příslušnou hladinu těchto iontů.K tomu pumpa aktivně pohybuje 3 ionty sodíku (Na +) zevnitř buňky a poté je nahrazuje 2 ionty draslíku (K +) zvenčí pro každou molekulu ATP, kterou používá. Tato forma aktivního transportu, při které chemická energie (ATP) pohání proces, se nazývá primární aktivní transport.

Elektrochemické potenciální nosné proteiny

Nosné proteiny poháněné elektrochemickým potenciálem jsou ty, ve kterých je jejich transportní aktivita podporována gradientem elektrochemického potenciálu. Tato forma aktivního přenosu se označuje jako sekundární aktivní transport. Nazývá se také vázaný transport, protože dvě molekuly jsou transportovány současně přes membránu. Pokud nosný protein nese dvě molekuly ve stejném směru, nazývá se to symporter. Pokud se nosný protein pohybuje dvěma molekulami v opačných směrech, nazývá se to antiporter. Někteří nosiči nicméně transportují jedinou molekulu z jedné strany membrány na druhou. Říká se jim uniporters. Pro schematické pohledy na tři typy nosičů vyhledejte diagram znázorňující tři formy přenosu zprostředkovaného nosičem v tomto obsahu.

Funkce nosných proteinů

Nosné proteiny jsou zapojeny do pasivního i aktivního typy biologických transportních procesů. V pasivním transportu se molekuly transportují z kopce, tj. Z vyšší na nižší koncentraci. Rozdíl v koncentracích mezi dvěma oblastmi vytváří koncentrační gradient, který je dostatečný ke spuštění pasivního přenosu. Avšak vzhledem k lipidově-dvojvrstvé povaze buněčné membrány se ne všechny molekuly budou moci pohybovat ven nebo do buňky podle svého koncentračního gradientu. Polární molekuly a ionty nemohou snadno difundovat přes membránu. K usnadnění jejich transportu potřebují membránové transportní proteiny, jako jsou nosiče. Pokud se v procesu použije nosný protein, molekula „se usadí“ na nosném proteinu z jedné strany membrány a poté se přenese na druhou stranu, aby se uvolnila. Tato forma difúze (nebo pasivního transportu), která způsobuje použití membránového proteinu pro transport dolů po koncentračním gradientu se nazývá usnadněná difúze.

Zatímco některé membránové proteiny nejsou schopné aktivního transportu, nosné proteiny umožňují aktivní transport. Molekuly vázané na nosné proteiny se mohou pohybovat do kopce, což znamená od oblasti s nižší koncentrací do oblasti s vyšší koncentrací. Tato forma transportu se nazývá aktivní transport, kdy se molekuly pohybují proti koncentračnímu gradientu, tj. směrem, kterým by se obvykle nedostaly, protože oblast je již koncentrovaná. Z tohoto důvodu , je nutný zdroj energie (např. ATP) jako palivo pro proces. K tomu dochází během aktivního transportu Na + a K + a také NADH, když se pohybuje protony napříč vnitřním mitochondem riální membrána, kde je ATP spojen s jejich transportem.

Transportní mechanismus

V pasivním i aktivním transportu transportní proteiny přesouvají molekuly tak, že se k nim vážou a poté procházejí konformační změnou. Mění tvar, když přenášejí molekuly z jedné strany membrány na druhou. V aktivním transportu je však zapotřebí chemická energie. Hydrolýzou ATP se uvolňuje energie, když ATPázy katalyzují rozklad ATP na ADP. Uvolnění jednoho anorganického fosfátu z ATP také způsobí současné uvolnění energie. Ne všechny aktivní transportní procesy jsou poháněny přímým spojením ATP. Další forma aktivního přenosu využívá spíše elektrochemický gradient než ATP. Například pasivně se pohybující kationty generují entropii, která může podporovat aktivní transport jiné skupiny iontů.

Příklady nosných proteinů

transportéry glukózy

„Transportéry glukózy“ v buněčné membráně živočišných buněk přijímají molekuly glukózy bez využití ATP, pokud má buňka méně glukózy než vně.Glukóza je životně důležitá biomolekula, protože slouží jako zdroj energie. V lidských buňkách je 14 transportérů glukózy. Jsou uniporter, specificky se váží na molekuly glukózy a nesou je. Například GLUT1 je transportér glukózy exprimovaný téměř ve všech typech buněk. U dospělých je vyjádřena v nejvyšší míře v červených krvinkách.

sodno-draselné čerpadlo (čerpadlo Na + / K +)

čerpadlo Na + / K + je antiporter. Má vazebná místa pro ionty Na + a ionty K +. Protože pohyb těchto iontů je proti jejich koncentračním gradientům, vyžaduje čerpadlo zdroj energie. Váže se tedy na ATP, aby jej hydrolyzoval na ADP, čímž způsobuje uvolňování energie. Čerpadlo používá tuto energii ke změně svého tvaru. Po konformační změně se ionty oddělí od pumpy, ale uvolňují se v opačných směrech. Ionty Na + jsou čerpány, zatímco ionty K + jsou čerpány do buňky. Funkce pumpy Na + / K + je zásadní, protože se účastní přenosu nervových impulsů a udržování potenciálu buněčné membrány. Bez dostatečného množství iontů K + může být narušena funkce motorických neuronů a následně i cílových svalů.

Glukóza-sodné transportní proteiny

Glukóza-sodné transportní proteiny jsou symportní nosné proteiny, které aktivně transportovat glukózu. Když má buňka uvnitř hodně glukózy a přesto chce přijímat více, využívá transportér glukózy a sodíku. Tento transportér má vazebná místa pro glukózu a dva ionty Na +. Protože buňka má zpočátku méně iontů Na +, ionty Na + difundují pasivně. V důsledku toho je generován gradient elektrochemického potenciálu, který pohání transportér k aktivnímu přesunu molekuly glukózy do buňky.

Časté dotazy

Je nosný protein transportním proteinem?
Nosný protein je typem membránový transportní protein. Dalším hlavním typem membránového transportního proteinu je kanálový protein. Jedním ze způsobů, jak odlišit nosný protein od kanálového proteinu, je jeho vazebné místo, které vybírá molekuly k transportu. Když se molekula nebo solut váže na toto místo, transportní protein je přesune na druhou stranu membrány. Někteří nositelé budou potřebovat zdroj energie (např. ATP nebo gradient elektrochemického potenciálu) nebo foton, aby podněcovali nosič ke změně jeho tvaru, což povede k uvolnění vázané molekuly nebo rozpuštěné látky.

Co to znamená pro nosný protein, který má být nasycen?
Nosný protein je nasycen, když jsou obsazena všechna jeho vazebná místa. V důsledku toho bude rychlost přepravy maximální. Rychlost přenosu, označovaná jako Vmax, definuje vlastnost konkrétního nosiče, která odráží rychlost, jakou se může měnit mezi svými dvěma konformačními stavy. Když je rychlost přenosu poloviční než jeho maximální hodnota, vazebná konstanta konkrétního transportéru pro jeho rozpuštěnou látku (Km) se bude rovnat koncentraci rozpuštěné látky. (Odkaz 2)

Související pojmy

• Acylový nosný protein
• Laktózový nosný protein

Viz také

• Usnadněná difúze
• Aktivní transport