Białko nośnikowe

Białko nośnikowe to rodzaj białka błony komórkowej biorącego udział w ułatwionej dyfuzji i aktywnym transporcie substancji z lub do komórki. Białka nośnikowe są odpowiedzialne za dyfuzję cukrów, aminokwasów i nukleozydów. Są także białkami, które pobierają cząsteczki glukozy i transportują je oraz inne cząsteczki (np. Sole, aminokwasy itp.) Do wnętrza komórki. Na przykład białka nośnikowe, takie jak integralne białka transbłonowe osadzone w błonie komórkowej, miałyby wysokie powinowactwo do określonych substancji na zewnątrz komórki, a następnie uległyby zmianie konformacyjnej, aby ułatwić przejście tych substancji do wnętrza komórki przez bariery błony .

Definicja białka nośnikowego

W biologii białko nośnikowe to rodzaj białka, które transportuje określoną substancję przez przedziałów wewnątrzkomórkowych, do płynu zewnątrzkomórkowego lub w poprzek komórek w przeciwieństwie do białek kanałowych, które są innymi białkami transportującymi przez błonę, które są mniej selektywne w transporcie cząsteczek. Podobnie jak w przypadku innych białek transportujących przez błonę, białka nośnikowe znajdują się w dwuwarstwowych strukturach komórek lipidowych, takich jak błony komórkowe, mitochondria i chloroplasty.

Nosiciele a kanały tworzące

Białka nośnikowe to białka transportujące błonę wraz z białka kanałowe. Jako białka transportujące przez błonę znajdują się w błonach biologicznych, a ich podstawową funkcją jest przemieszczanie cząsteczek z jednego miejsca do drugiego. Te transportery różnią się jednak pod pewnymi względami. Białka kanałowe, jak sama nazwa wskazuje, tworzą „kanał”, który służy jako przejście dla cząsteczek. Są trwale i mocno osadzone w błonie komórkowej, a ich domeny hydrofobowe oddziałują z lipidami błony. Kanały, które pozostają otwarte zarówno do wnętrza, jak i na zewnątrz komórki, nazywane są porami. Akwaporyna jest przykładem białka kanałowego w błonie komórkowej, które umożliwia przepływ cząsteczek wody. I odwrotnie, białka nośnikowe nie tworzą kanałów. Raczej mają miejsca wiązania, z których mogą wiązać się cząsteczki. Następnie transportują cząsteczki do miejsca przeznaczenia, tj. Do wnętrza lub na zewnątrz membrany. Posiadanie miejsc wiązania wskazuje, że białka nośnikowe są bardziej selektywne w stosunku do cząsteczek, które transportują. Co więcej, nie są one jednocześnie otwarte zarówno na wnętrze, jak i na zewnątrz komórki, w przeciwieństwie do niektórych białek kanałowych, w szczególności porin, które są otwarte po obu stronach w tym samym czasie. Tak więc, w przeciwieństwie do kanałów porinowych, białka nośnikowe są zdolne do transportowania cząsteczek wbrew ich gradientowi stężenia, tak jak w transporcie aktywnym.

Typy białek nośnikowych

Białka nośnikowe biorące udział w transporcie aktywnym cząsteczek lub substancji można sklasyfikować na podstawie aktywności transportowej, w której się znajdują. Białka nośnikowe biorące udział w dyfuzji za pośrednictwem nośnika to takie, które są napędzane gradientem stężeń, a nie hydrolizą ATP. Transportują cząsteczki z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu. Przykładami są białka nośnikowe zaangażowane w ułatwioną dyfuzję cukrów, aminokwasów i nukleozydów przez błony komórkowe większości komórek. (Ref. 1)

Białka nośne, które transportują cząsteczki wbrew gradientowi stężeń, to te, które zużywają znaczną ilość energii. W zależności od źródła energii, białka nośnikowe można sklasyfikować jako (1) napędzane ATP, (2) elektrochemiczne napędzane potencjałem lub (3) sterowane światłem. Białka nośnikowe napędzane przez ATP to te, które wymagają ATP do transportu cząsteczek, podczas gdy białka napędzane potencjałem elektrochemicznym to białka napędzane potencjałem elektrochemicznym. Pompy napędzane światłem to pompy napędzane przez fotony. Pompy te są powszechnie spotykane w komórkach bakteryjnych. (Ref.2) Pierwsze dwa są dokładniej opisane poniżej.

Białka nośnikowe kierowane przez ATP

Białka nośnikowe kierowane przez ATP to te, które wymagają sprzężenia ATP do przemieszczania cząsteczek. Specyficznym przykładem nośnika napędzanego przez ATP jest pompa sodowo-potasowa w błonie komórkowej komórek zwierzęcych. Pompa wiąże się specyficznie z jonami sodu i potasu. W celu podtrzymania] pompa ta utrzymuje odpowiedni poziom takich jonów.W tym celu pompa aktywnie przenosi 3 jony sodu (Na +) z wnętrza komórki, a następnie zastępuje je 2 jonami potasu (K +) z zewnątrz dla każdej używanej cząsteczki ATP. Ta forma transportu aktywnego, w której energia chemiczna (ATP) napędza proces, nazywana jest pierwotnym transportem aktywnym.

Elektrochemiczne białka nośnikowe napędzane potencjałem

Elektrochemiczne białka nośnikowe napędzane potencjałem to te, w których gradient potencjału elektrochemicznego napędza ich aktywność transportową. Ta forma transportu aktywnego nazywana jest wtórnym transportem aktywnym. Nazywa się to również transportem sprzężonym, ponieważ dwie cząsteczki są transportowane jednocześnie przez membranę. Jeśli białko nośnikowe przenosi dwie cząsteczki w tym samym kierunku, nazywa się je symporter. Jeśli białko nośnikowe porusza dwie cząsteczki w przeciwnych kierunkach, nazywane jest antyporterem. Niemniej jednak niektórzy tragarze przenoszą pojedynczą cząsteczkę z jednej strony membrany na drugą. Nazywa się je uniporterami. Aby zobaczyć schematyczne widoki trzech typów tragarzy, wyszukaj diagram przedstawiający trzy formy transportu za pośrednictwem przewoźnika w tej treści.

Funkcje białek nośnikowych

Białka nośnikowe biorą udział zarówno w biernym, jak i czynnym rodzaje biologicznych procesów transportowych. W transporcie biernym cząsteczki są transportowane w dół, tj. Z wyższego do niższego stężenia. Różnica stężeń między dwoma regionami tworzy gradient stężeń wystarczający do wywołania transportu biernego. Jednak ze względu na dwuwarstwowy charakter lipidów błony komórkowej nie wszystkie cząsteczki będą mogły przemieszczać się na zewnątrz lub do komórki zgodnie z gradientem stężenia. Cząsteczki polarne i jony nie mogą łatwo dyfundować przez błonę. Potrzebują białek transportujących błonę, takich jak nośniki, aby ułatwić ich transport. Jeśli w procesie wykorzystywane jest białko nośnikowe, cząsteczka „zasiada” na białku nośnikowym z jednej strony membrany, a następnie jest przenoszona na drugą stronę w celu uwolnienia. Ta forma dyfuzji (lub transportu biernego) sprawia, że użycie białka błonowego do transportu w dół gradientu stężenia nazywa się dyfuzją ułatwioną.

Podczas gdy niektóre białka błonowe nie są zdolne do aktywnego transportu, białka nośnikowe umożliwiają aktywny transport. Cząsteczki związane z białkami nośnikowymi mogą poruszać się w górę, czyli z obszaru o niższym stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu. Ta forma transportu nazywana jest transportem aktywnym, w którym cząsteczki przemieszczają się pod prądem gradientu stężeń, tj. w kierunku, w którym zwykle nie przemieszczałyby się, ponieważ obszar jest już skoncentrowany. , do napędzania procesu potrzebne jest źródło energii (np. ATP). To właśnie zachodzi podczas aktywnego transportu Na + i K +, a także NADH, gdy przemieszcza on protony przez wewnętrzny mitochond rial, gdzie ATP jest sprzężony z ich transportem.

Mechanizm transportu

Zarówno w transporcie pasywnym, jak i aktywnym, białka nośnikowe przenoszą cząsteczki wiążąc się z nimi, a następnie ulegają zmianie konformacyjnej. Zmieniają kształt, przenosząc cząsteczki z jednej strony membrany na drugą. Jednak w transporcie aktywnym wymagana jest energia chemiczna. Poprzez hydrolizę ATP energia jest uwalniana, gdy ATPazy katalizują rozkład ATP do ADP. Uwolnienie jednego nieorganicznego fosforanu z ATP powoduje również jednoczesne uwolnienie energii. Nie wszystkie aktywne procesy transportowe są napędzane przez bezpośrednie sprzężenie ATP. Inna forma transportu aktywnego wykorzystuje gradient elektrochemiczny zamiast ATP. Na przykład kationy poruszające się biernie będą generować entropię, która może napędzać aktywny transport innej grupy jonów.

Przykłady białek nośnikowych

Transportery glukozy

„Transportery glukozy” w błonie komórkowej komórek zwierzęcych pobierają cząsteczki glukozy bez wykorzystania ATP, gdy komórka ma mniej glukozy niż na zewnątrz.Glukoza jest istotną biomolekułą, ponieważ służy jako źródło energii. W ludzkich komórkach znajduje się 14 transporterów glukozy. Są one uniporterami, wiążąc się specyficznie z cząsteczkami glukozy i przenosząc je. Na przykład GLUT1 jest transporterem glukozy wyrażanym w prawie wszystkich typach komórek. U dorosłych najwyższe poziomy wyrażane są w krwinkach czerwonych.

Pompa sodowo-potasowa (pompa Na + / K +)

Pompa Na + / K + to antyporter. Posiada miejsca wiązania jonów Na + i K +. Ponieważ ruch tych jonów jest przeciwny ich gradientom stężenia, pompa wymaga źródła energii. W ten sposób wiąże się z ATP, hydrolizując go do ADP, powodując w ten sposób uwolnienie energii. Pompa wykorzystuje tę energię do zmiany swojego kształtu. Po zmianie konformacji jony dysocjują od pompy, ale są uwalniane w przeciwnych kierunkach. Jony Na + są wypompowywane, podczas gdy jony K + są pompowane do komórki. Funkcja pompy Na + / K + jest kluczowa, ponieważ bierze udział w przekazywaniu impulsów nerwowych i utrzymywaniu potencjału błony komórkowej. Bez wystarczającej ilości jonów K + funkcja neuronów ruchowych może zostać zakłócona, a następnie mięśnie docelowe.

Białka transportujące glukozę i sodu

Białka transportujące glukozę i sód są białkami nośnymi, które aktywnie transportują glukozę. Kiedy komórka ma w sobie dużo glukozy, a mimo to chce ją pobrać, wykorzystuje transporter glukozowo-sodowy. Ten transporter ma miejsca wiązania dla glukozy i dwóch jonów Na +. Ponieważ komórka ma początkowo mniej jonów Na +, jony Na + dyfundują biernie. W konsekwencji generowany jest gradient potencjału elektrochemicznego, który napędza transporter do aktywnego przenoszenia cząsteczki glukozy do komórki.

FAQ

Czy białko nośnikowe jest białkiem transportowym?
Białko nośnikowe to rodzaj białko transportujące błonę. Innym ważnym typem białka transportującego przez błonę jest białko kanałowe. Jednym ze sposobów odróżnienia białka nośnikowego od białka kanałowego jest jego miejsce wiązania, które wybiera cząsteczki do transportu. Kiedy cząsteczka lub substancja rozpuszczona wiąże się z tym miejscem, białko nośnikowe przenosi je na drugą stronę błony. Niektóre nośniki będą potrzebować źródła energii (np. ATP lub gradient potencjału elektrochemicznego) lub fotonu, aby pobudzić nośnik do zmiany jego kształtu, powodując uwolnienie związanej cząsteczki lub substancji rozpuszczonej.

Co to oznacza dla białko nośnikowe, które ma być nasycone?
Białko nośnikowe jest nasycone, gdy wszystkie jego miejsca wiązania są zajęte. W konsekwencji stawka transportowa będzie maksymalna. Szybkość transportu, określana jako Vmax, określa właściwość określonego przewoźnika, która odzwierciedla szybkość, z jaką może on zmieniać się między dwoma stanami konformacyjnymi. Gdy szybkość transportu jest równa połowie maksymalnej wartości, stała wiązania konkretnego transportera dla jego substancji rozpuszczonej (Km) będzie równa stężeniu substancji rozpuszczonej. (Ref. 2)

Powiązane terminy

• Białko nośnikowe acylowe
• Białko nośnikowe laktozy

Zobacz także

• Ułatwiona dyfuzja
• Aktywny transport