Bärarprotein

Bärarprotein är en typ av cellmembranprotein som är involverad i underlättad diffusion och aktiv transport av ämnen ut ur eller in i cellen. Bärarproteiner är ansvariga för diffusionen av sockerarter, aminosyror och nukleosider. De är också proteinerna som tar upp glukosmolekyler och transporterar dem och andra molekyler (t.ex. salter, aminosyror etc.) inuti cellen. Till exempel skulle bärarproteiner, såsom de integrala transmembranproteinerna inbäddade i cellmembranet, ha hög affinitet för specifika substanser på cellens utsida och skulle sedan genomgå en konformationsförändring för att underlätta passage av dessa ämnen till cellinredningen över membranbarriärerna .

Definition av bärarprotein

I biologi är ett bärarprotein en typ av protein som transporterar specifika ämnen genom intracellulära avdelningar, in i den extracellulära vätskan, eller över celler i motsats till kanalproteiner, vilket är ett annat membrantransportprotein, som är mindre selektiva vid transportmolekyler. I likhet med andra membrantransportproteiner är bärarproteiner lokaliserade i lipiddubbelskiktstrukturer, såsom cellmembran, mitokondrier och kloroplaster.

Bärare kontra kanalbildare

Bärarproteiner är membrantransportproteiner tillsammans med kanaliserar proteiner. Som membrantransportproteiner finns de i biologiska membran och deras primära funktion är att flytta molekyler från en plats till en annan. Dessa transportörer skiljer sig dock åt i vissa aspekter. Kanalproteiner, som namnet antyder, bildar en ”kanal” som fungerar som en passage för molekyler att passera igenom. De är stadigt och permanent belägna i plasmamembranet, med deras hydrofoba domäner som interagerar med membranets lipider. Kanaler som förblir öppna för både cellens inre och yttre kallas porer. Aquaporin är ett exempel på ett kanalprotein i cellmembranet som gör att vattenmolekyler kan strömma igenom. Omvänt bildar inte bärarproteiner kanaler. Snarare har de bindningsställen från vilka molekyler kan bindas till. Sedan skyttlar de molekylerna mot sin destination, dvs. membranets inre eller yttre. Att ha bindningsställen indikerar att bärarproteiner är mer selektiva för molekylerna som de transporterar. Dessutom är de inte samtidigt öppna för både det inre och det yttre av cellen till skillnad från vissa kanalproteiner, särskilt poriner, som är öppna på båda sidor samtidigt. Till skillnad från porinkanaler kan bärarproteiner transportera molekyler mot deras koncentrationsgradient, som vid aktiv transport.

Typer av bärarproteiner

Bärarproteiner som är involverade i den aktiva transporten av molekyler eller ämnen kan klassificeras baserat på transportaktiviteten de är i. Bärarproteiner som är involverade i bärarmedierad diffusion är de som drivs av en koncentrationsgradient och inte av ATP-hydrolys. De transporterar molekyler från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration. Exempel är bärarproteiner involverade i den underlättade diffusionen av sockerarter, aminosyror och nukleosider över cellmembran i de flesta celler. (Ref. 1)

Bärarproteiner som transporterar molekyler mot koncentrationsgradienten är de som använder betydande energi. Beroende på energikällan kan bärarproteinerna klassificeras som (1) ATP-driven, (2) elektrokemisk potentialdriven eller (3) ljusdriven. ATP-drivna bärarproteiner är de som kräver ATP för att transportera molekyler medan elektrokemiska potentialdrivna proteiner är de som drivs av elektrokemisk potential. Ljusdrivna pumpar är pumpar som drivs av fotoner. Dessa pumpar finns ofta i bakterieceller. (Ref.2) De två första beskrivs ytterligare nedan.

ATP-drivna bärarproteiner

ATP-drivna bärarproteiner är de som kräver ATP-koppling för att flytta molekyler. Ett specifikt exempel på bärare som är ATP-driven är natrium-kaliumpumpen i plasmamembranet hos djurceller. Pumpen binder specifikt till natrium- och kaliumjonerna. För att upprätthålla] bibehåller denna pump lämpliga nivåer av sådana joner.För att göra det flyttar pumpen aktivt 3 natriumjoner (Na +) från insidan av en cell och ersätter dem sedan med 2 kaliumjoner (K +) från utsidan för varje ATP-molekyl den använder. Denna form av aktiv transport där kemisk energi (ATP) bränner processen kallas primär aktiv transport.

Elektrokemiska potentialdrivna bärarproteiner

Elektrokemiska potentialdrivna bärarproteiner är de i vilka en elektrokemisk potentialgradient bränner deras transportaktivitet. Denna form av aktiv transport kallas sekundär aktiv transport. Det kallas också kopplad transport eftersom två molekyler transporteras samtidigt över ett membran. Om bärarproteinet bär två molekyler i samma riktning kallas det en symporter. Om bärarproteinet rör sig två molekyler i motsatta riktningar kallas det antiporter. Ändå transporterar vissa bärare en enda molekyl från ena sidan av membranet till den andra. De kallas uniporters. För schematiska vyer för de tre typerna av bärare, sök efter diagrammet som visar de tre formerna av transportmedierad transport i detta innehåll.

Funktioner hos bärarproteiner

Bärarproteiner är involverade i både det passiva och aktiva typer av biologiska transportprocesser. Vid passiv transport transporteras molekyler nedåt, dvs. från högre till lägre koncentration. Skillnaden i koncentrationer mellan två regioner skapar en koncentrationsgradient som är tillräcklig för att utlösa passiv transport. Men på grund av cellmembranets lipid-dubbelskikt kommer inte alla molekyler att kunna röra sig ut eller in i cellen enligt deras koncentrationsgradient. Polära molekyler och joner kan inte lätt diffundera över membranet. De behöver membrantransportproteiner, som bärare, för att underlätta deras transport. Om ett bärarprotein används i processen, tar molekylen ”plats” på bärarproteinet från ena sidan av membranet och transporteras sedan till den andra sidan för att frigöras. Denna form av diffusion (eller passiv transport) som gör användning av ett membranprotein för transport ner i koncentrationsgradienten kallas underlättad diffusion.

Även om vissa membranproteiner inte är i stånd till aktiv transport, tillåter bärarproteiner aktiv transport. Molekyler bundna till bärarproteinerna kan röra sig uppför, betydelse från området med lägre koncentration till området med högre koncentration. Denna transportform kallas aktiv transport där molekyler rör sig mot koncentrationsgradienten, dvs mot den riktning de vanligtvis inte skulle gå till eftersom området redan är koncentrerat. På grund av detta behövs en energikälla (t.ex. ATP) för att bränna processen. Detta är vad som sker under den aktiva transporten av Na + och K + och även av NADH när den förflyttar protoner över den inre mitokond rialmembran där ATP är kopplat till deras transport.

Transportmekanism

I både passiv och aktiv transport flyttar bärarproteinerna molekyler genom bindning till den senare och genomgår sedan en konformationsförändring. De ändrar form när de bär molekylerna från ena sidan av membranet till den andra. I en aktiv transport krävs dock kemisk energi. Genom ATP-hydrolys frigörs energi när ATPaser katalyserar nedbrytningen av ATP till ADP. Befrielsen av ett oorganiskt fosfat från ATP orsakar också samtidig frigöring av energin. Inte alla aktiva transportprocesser drivs av direkt ATP-koppling. En annan form av aktiv transport använder en elektrokemisk gradient snarare än ATP. Till exempel kommer katjoner som rör sig passivt att generera entropi som kan driva den aktiva transporten av en annan grupp joner.

Exempel på bärarproteiner

Glukostransportörer

”Glukostransportörer” i djurcellens cellmembran tar upp glukosmolekyler utan att använda ATP när cellen har mindre glukos än utsidan.Glukos är en viktig biomolekyl eftersom den fungerar som en energikälla. I humana celler finns 14 glukostransportörer. De är uniporter, binder specifikt till och bär glukosmolekyler. GLUT1 är till exempel en glukostransportör uttryckt i nästan alla celltyper. Hos vuxna uttrycks det på de högsta nivåerna i röda blodkroppar.

Sodium-kaliumpump (Na + / K + pump)

Na + / K + pump är en antiporter. Den har bindningsställen för Na + -joner och K + -joner. Eftersom dessa joner rör sig mot deras koncentrationsgradienter kräver pumpen en energikälla. Således binder det till ATP för att hydrolysera det till ADP, vilket orsakar frigöring av energi. Pumpen använder denna energi för att ändra sin form. Efter konformationsförändring lossnar jonerna från pumpen men frigörs i motsatta riktningar. Na + -joner pumpas ut medan K + -joner pumpas in i cellen. Na + / K + -pumpens funktion är avgörande eftersom den är involverad i överföring av nervimpulser och bibehållande av cellmembranpotential. Utan tillräckligt med K + -joner kan funktionen hos motorneuroner störas och därefter målmusklerna.

Glukos-natriumtransportproteiner

Glukos-natriumtransportproteiner är symport bärarproteiner transportera glukos aktivt. När cellen har mycket glukos inuti och ändå vill ta upp mer använder den glukos-natriumtransportör. Denna transportör har bindningsställen för glukos och två Na + -joner. Eftersom cellen initialt har mindre Na + -joner, diffunderar Na + -jonerna passivt. Följaktligen genereras en elektrokemisk potentialgradient och detta driver transportören att förflytta glukosmolekylen aktivt in i cellen.

FAQ

Är ett bärarprotein ett transportprotein?
Ett bärarprotein är en typ av membrantransportprotein. En annan viktig typ av membrantransportprotein är ett kanalprotein. Ett sätt att skilja ett bärarprotein från ett kanalprotein är dess bindningsställe som väljer molekyler som ska transporteras. När en molekyl eller ett löst ämne binder till denna plats flyttar bärarproteinet dem till andra sidan av membranet. Vissa bärare kommer att behöva en energikälla (t.ex. ATP eller elektrokemisk potentialgradient) eller en foton för att uppmuntra bäraren för att ändra dess form, vilket resulterar i frisättning av den bundna molekylen eller en löst ämne. ett bärarprotein som ska mättas?
Ett bärarprotein är mättat när alla dess bindningsställen är upptagen. Följaktligen blir transporthastigheten maximal. Med beteckningen Vmax avgränsar transporthastigheten en egenskap hos den specifika bäraren som återspeglar den hastighet med vilken den kan växla mellan dess två konformationstillstånd. När transporthastigheten är hälften av dess maximala värde kommer bindningskonstanten för en viss transportör för dess lösta ämne (Km) att vara lika med koncentrationen av löst ämne. (Ref. 2)

Relaterade termer

• Acylbärarprotein
• Laktosbärarprotein

Se även

• Underlättad diffusion
• Aktiv transport