キャリアタンパク質
キャリアタンパク質の定義
目次
キャリアタンパク質は、細胞外または細胞内への物質の促進拡散と活発な輸送に関与する細胞膜タンパク質の一種です。担体タンパク質は、糖、アミノ酸、およびヌクレオシドの拡散に関与しています。それらはまた、グルコース分子を取り込み、それらおよび他の分子（例えば、塩、アミノ酸など）を細胞内に輸送するタンパク質でもあります。例えば、細胞膜に埋め込まれた一体型膜貫通タンパク質などの担体タンパク質は、細胞外部の特定の物質に対して高い親和性を有し、次に、膜障壁を越えて細胞内部へのこれらの物質の通過を促進するためにコンフォメーション変化を受ける。 。
キャリアタンパク質の定義
生物学では、キャリアタンパク質は特定の物質を輸送するタンパク質の一種です。別の膜輸送タンパク質であるチャネルタンパク質とは対照的に、細胞内コンパートメント、細胞外液中、または細胞全体で、分子の輸送において選択性が低い。他の膜輸送タンパク質と同様に、担体タンパク質は、細胞膜、ミトコンドリア、葉緑体などの脂質二層細胞構造に存在します。
キャリアとチャネルフォーマー
キャリアタンパク質は、チャネルタンパク質。膜輸送タンパク質として、それらは生体膜に位置し、それらの主な機能は分子をある部位から別の部位に移動させることです。ただし、これらのトランスポーターは特定の側面で異なります。チャネルタンパク質は、その名前が示すように、分子が通過するための通路として機能する「チャネル」を形成します。それらは原形質膜にしっかりと恒久的に位置し、疎水性ドメインが膜の脂質と相互作用します。セルの内部と外部の両方に開いたままのチャネルは、細孔と呼ばれます。アクアポリンは、水分子が流れることを可能にする細胞膜のチャネルタンパク質の例です。逆に、キャリアタンパク質はチャネルを形成しません。むしろ、それらは分子が結合できる結合部位を持っています。次に、分子を目的地、つまり膜の内部または外部に向けてシャトルします。結合部位を持つことは、担体タンパク質がそれらが輸送する分子に対してより選択的であることを示しています。さらに、それらは、特定のチャネルタンパク質、具体的には、両側で同時に開いているポリンとは異なり、細胞の内部と外部の両方に同時に開いているわけではありません。したがって、ポーリンチャネルとは異なり、担体タンパク質は、能動輸送の場合と同様に、分子を濃度勾配に逆らって輸送することができます。
担体タンパク質の種類
能動輸送に関与する担体タンパク質分子または物質の数は、それらが存在する輸送活性に基づいて分類できます。担体媒介拡散に関与する担体タンパク質は、ATP加水分解ではなく濃度勾配によって駆動されるものです。それらは、分子を高濃度の領域から低濃度の領域に輸送します。例としては、ほとんどの細胞の細胞膜を通過する糖、アミノ酸、ヌクレオシドの促進拡散に関与する担体タンパク質があります。 （参照1）
濃度勾配に逆らって分子を輸送するキャリアタンパク質は、かなりのエネルギーを使用するものです。エネルギー源に応じて、キャリアタンパク質は、（1）ATP駆動、（2）電気化学ポテンシャル駆動、または（3）光駆動に分類されます。 ATP駆動型キャリアタンパク質は、分子を輸送するためにATPを必要とするタンパク質ですが、電気化学ポテンシャル駆動型タンパク質は、電気化学ポテンシャルによって燃料を供給されるタンパク質です。光駆動ポンプは、光子によって駆動されるポンプです。これらのポンプは一般的に細菌細胞に見られます。 （Ref.2）最初の2つについては以下で詳しく説明します。
ATP駆動型キャリアタンパク質
ATP駆動型キャリアタンパク質は、分子を動かすためにATPカップリングを必要とするものです。 ATP駆動型の特定の担体の例は、動物細胞の原形質膜にあるナトリウム-カリウムポンプです。ポンプはナトリウムイオンとカリウムイオンに特異的に結合します。 ]を維持するために、このポンプはそのようなイオンの適切なレベルを維持します。これを行うために、ポンプはセルの内側から3つのナトリウムイオン（Na +）を積極的に移動し、使用するATP分子ごとに外側から2つのカリウムイオン（K +）に置き換えます。化学エネルギー（ATP）がプロセスに燃料を供給するこの形態の能動輸送は、一次能動輸送と呼ばれます。
電気化学ポテンシャル駆動型担体タンパク質
電気化学ポテンシャル駆動型キャリアタンパク質は、電気化学ポテンシャル勾配が輸送活動を促進するタンパク質です。この形態の能動輸送は、二次能動輸送と呼ばれます。 2つの分子が同時に膜を通過して輸送されるため、結合輸送とも呼ばれます。キャリアタンパク質が同じ方向に2つの分子を運ぶ場合、それは共輸送体と呼ばれます。担体タンパク質が2つの分子を反対方向に動かす場合、それは対向輸送体と呼ばれます。それにもかかわらず、一部のポーターは、膜の一方の側からもう一方の側に単一の分子を輸送します。それらはユニポーターと呼ばれます。 3種類のポーターの概略図については、このコンテンツでキャリアを介した輸送の3つの形態を示す図を検索してください。
キャリアタンパク質の機能
キャリアタンパク質はパッシブとアクティブの両方に関与しています生物学的輸送プロセスの種類。受動輸送では、分子は下り坂、つまり高濃度から低濃度に輸送されます。 2つの領域間の濃度の違いにより、受動輸送をトリガーするのに十分な濃度勾配が作成されます。ただし、細胞膜の脂質二重層の性質により、すべての分子が濃度勾配に従って細胞から出入りできるわけではありません。極性分子とイオンは、膜全体に容易に拡散することはできません。それらは、それらの輸送を容易にするために、担体のような膜輸送タンパク質を必要とする。担体タンパク質がプロセスで利用される場合、分子は膜の片側から担体タンパク質に「着座」し、次に放出されるために反対側に運ばれます。この形態の拡散（または受動輸送）は濃度勾配を下る輸送に膜タンパク質を使用することは、促進拡散と呼ばれます。
一部の膜タンパク質は能動輸送ができませんが、担体タンパク質は能動輸送を可能にします。担体タンパク質に結合した分子は上り坂に移動できますが、これは、低濃度の領域から高濃度の領域への意味です。この形態の輸送は能動輸送と呼ばれ、分子は濃度勾配に逆らって移動します。つまり、領域がすでに集中しているため、通常は移動しない方向に移動します。このため、プロセスに燃料を供給するためにエネルギー源（ATPなど）が必要です。これは、Na +とK +の能動輸送中に発生し、NADHがタンパク質を内部ミトコンドリアを横切って移動させるときにも発生します。 ATPが輸送に結合している膜。
輸送メカニズム
受動輸送と能動輸送の両方で、担体タンパク質は後者に結合することによって分子を移動させ、その後、構造変化を起こします。それらは、膜の一方の側からもう一方の側に分子を運ぶときに形を変えます。しかし、能動輸送では、化学エネルギーが必要です。 ATP加水分解により、ATPアーゼがATPのADPへの分解を触媒するときにエネルギーが放出されます。 ATPから1つの無機リン酸塩が遊離すると、同時にエネルギーが放出されます。すべての能動輸送プロセスが直接ATPカップリングによって促進されるわけではありません。能動輸送の別の形態は、ATPではなく電気化学的勾配を利用します。たとえば、受動的に移動する陽イオンは、別のイオングループの能動輸送を促進するエントロピーを生成します。
キャリアタンパク質の例
グルコーストランスポーター
動物細胞の細胞膜にある「グルコーストランスポーター」は、細胞のグルコースが外部よりも少ない場合、ATPを利用せずにグルコース分子を取り込みます。ブドウ糖はエネルギー源として機能するため、重要な生体分子です。ヒトの細胞には、14個のグルコーストランスポーターがあります。それらはユニポーターであり、グルコース分子に特異的に結合して運ぶ。たとえば、GLUT1は、ほとんどすべての細胞タイプで発現するグルコーストランスポーターです。成人では、赤血球で最も高いレベルで発現します。
ナトリウム-カリウムポンプ（Na + / K +ポンプ）
Na + / K +ポンプはアンチポーターです。 Na +イオンとK +イオンの結合部位があります。これらのイオンの動きは濃度勾配に反するため、ポンプにはエネルギー源が必要です。したがって、ATPに結合してADPに加水分解し、それによってエネルギーの放出を引き起こします。ポンプはこのエネルギーを使用して形状を変更します。コンフォメーション変化後、イオンはポンプから解離しますが、反対方向に放出されます。 Na +イオンはポンプで排出され、K +イオンはセルにポンプで送られます。 Na + / K +ポンプの機能は、神経インパルスの伝達と細胞膜電位の維持に関与しているため、非常に重要です。十分なK +イオンがないと、運動ニューロンの機能が破壊され、その後、標的の筋肉が破壊される可能性があります。
グルコース-ナトリウム輸送タンパク質
グルコース-ナトリウム輸送タンパク質は、共輸送体のキャリアタンパク質です。グルコースを積極的に輸送します。細胞が内部に多くのブドウ糖を持っていて、それでももっと多くを吸収したいとき、それはブドウ糖-ナトリウム輸送体を利用します。このトランスポーターには、グルコースと2つのNa +イオンの結合部位があります。セルには最初はNa +イオンが少ないため、Na +イオンは受動的に拡散します。その結果、電気化学的電位勾配が生成され、これによりトランスポーターが駆動されてグルコース分子が細胞内に活発に移動します。
よくある質問
キャリアタンパク質は輸送タンパク質ですか？
キャリアタンパク質は一種です膜輸送タンパク質。別の主要なタイプの膜輸送タンパク質はチャネルタンパク質です。キャリアタンパク質とチャネルタンパク質を区別する1つの方法は、輸送する分子を選択する結合部位です。分子または溶質がこの部位に結合すると、担体タンパク質がそれらを膜の反対側に移動させます。一部の担体は、エネルギー源（ATPまたは電気化学ポテンシャル勾配など）または光子を必要とし、担体を刺激してその形状を変化させ、結合分子または溶質を放出します。
これはどういう意味ですか？キャリアタンパク質を飽和させる？
キャリアタンパク質は、そのすべての結合部位が占有されると飽和します。その結果、輸送速度は最大になります。 Vmaxと呼ばれる輸送速度は、2つのコンフォメーション状態間で変化する可能性のある速度を反映する特定のキャリアの特性を示します。輸送速度が最大値の半分の場合、特定のトランスポーターの溶質に対する結合定数（Km）は、溶質の濃度に等しくなります。 （参照2）
関連用語
- アシルキャリアタンパク質
- ラクトースキャリアタンパク質
関連項目
- 促進拡散
- 能動輸送