Trägerprotein

Trägerprotein ist eine Art Zellmembranprotein, das an der erleichterten Diffusion und dem aktiven Transport von Substanzen aus oder in die Zelle beteiligt ist. Trägerproteine sind für die Diffusion von Zuckern, Aminosäuren und Nukleosiden verantwortlich. Sie sind auch die Proteine, die Glucosemoleküle aufnehmen und sie und andere Moleküle (z. B. Salze, Aminosäuren usw.) innerhalb der Zelle transportieren. Beispielsweise würden Trägerproteine wie die in die Zellmembran eingebetteten integralen Transmembranproteine eine hohe Affinität für bestimmte Substanzen an der Zellaußenseite aufweisen und als nächstes eine Konformationsänderung erfahren, um den Durchgang dieser Substanzen zum Zellinneren über die Membranbarrieren zu erleichtern

Trägerproteindefinition

In der Biologie ist ein Trägerprotein eine Art Protein, durch das bestimmte Substanzen transportiert werden intrazelluläre Kompartimente in die extrazelluläre Flüssigkeit oder über Zellen hinweg im Gegensatz zu Kanalproteinen, bei denen es sich um andere Membrantransportproteine handelt, die beim Transport von Molekülen weniger selektiv sind. Ähnlich wie andere Membrantransportproteine befinden sich Trägerproteine in Lipiddoppelschicht-Zellstrukturen wie Zellmembranen, Mitochondrien und Chloroplasten.

Träger gegen Kanalbildner

Trägerproteine sind Membrantransportproteine zusammen mit dem Kanalproteine. Als Membrantransportproteine befinden sie sich in biologischen Membranen und ihre Hauptfunktion besteht darin, Moleküle von einer Stelle zur anderen zu bewegen. Diese Transporter unterscheiden sich jedoch in bestimmten Aspekten. Kanalproteine bilden, wie der Name schon sagt, einen „Kanal“, der als Durchgang für Moleküle dient. Sie befinden sich fest und dauerhaft in der Plasmamembran, wobei ihre hydrophoben Domänen mit den Lipiden der Membran interagieren. Kanäle, die sowohl nach innen als auch nach außen offen bleiben, werden als Poren bezeichnet. Aquaporin ist ein Beispiel für ein Kanalprotein in der Zellmembran, durch das Wassermoleküle fließen können. Umgekehrt bilden Trägerproteine keine Kanäle. Sie haben vielmehr Bindungsstellen, an die Moleküle binden können. Dann transportieren sie die Moleküle zu ihrem Ziel, d. H. Zum Inneren oder Äußeren der Membran. Bindungsstellen weisen darauf hin, dass Trägerproteine für die Moleküle, die sie transportieren, selektiver sind. Darüber hinaus sind sie im Gegensatz zu bestimmten Kanalproteinen, insbesondere Porinen, die gleichzeitig auf beiden Seiten offen sind, nicht gleichzeitig sowohl zum Inneren als auch zum Äußeren der Zelle offen. Im Gegensatz zu Porinkanälen können Trägerproteine Moleküle wie beim aktiven Transport gegen ihren Konzentrationsgradienten transportieren.

Arten von Trägerproteinen

Trägerproteine, die am aktiven Transport beteiligt sind von Molekülen oder Substanzen können basierend auf der Transportaktivität, in der sie sich befinden, klassifiziert werden. Trägerproteine, die an der trägervermittelten Diffusion beteiligt sind, sind solche, die durch einen Konzentrationsgradienten und nicht durch ATP-Hydrolyse angetrieben werden. Sie transportieren Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration. Beispiele sind Trägerproteine, die an der erleichterten Diffusion von Zuckern, Aminosäuren und Nukleosiden über Zellmembranen der meisten Zellen beteiligt sind. (Ref. 1)

Trägerproteine, die Moleküle gegen den Konzentrationsgradienten transportieren, verbrauchen erhebliche Energie. Abhängig von der Energiequelle können die Trägerproteine als (1) ATP-gesteuert, (2) elektrochemisch potentiell gesteuert oder (3) lichtgesteuert klassifiziert werden. ATP-getriebene Trägerproteine sind solche, die ATP benötigen, um Moleküle zu transportieren, während elektrochemisch potentiell getriebene Proteine solche sind, die durch elektrochemisches Potential angetrieben werden. Lichtgetriebene Pumpen sind Pumpen, die von Photonen angetrieben werden. Diese Pumpen sind häufig in Bakterienzellen zu finden. (Ref.2) Die ersten beiden werden weiter unten beschrieben.

ATP-gesteuerte Trägerproteine

ATP-gesteuerte Trägerproteine sind solche, die eine ATP-Kopplung erfordern, um Moleküle zu bewegen. Ein spezifisches Trägerbeispiel, das ATP-gesteuert ist, ist die Natrium-Kalium-Pumpe in der Plasmamembran tierischer Zellen. Die Pumpe bindet spezifisch an die Natrium- und Kaliumionen. Um aufrechtzuerhalten, hält diese Pumpe geeignete Mengen solcher Ionen aufrecht.Dazu bewegt die Pumpe aktiv 3 Natriumionen (Na +) aus dem Inneren einer Zelle und ersetzt sie dann für jedes verwendete ATP-Molekül durch 2 Kaliumionen (K +) von außen. Diese Form des aktiven Transports, bei der chemische Energie (ATP) den Prozess antreibt, wird als primärer aktiver Transport bezeichnet.

Elektrochemische potentiell angetriebene Trägerproteine

Elektrochemische potentiell angetriebene Trägerproteine sind solche, bei denen ein elektrochemischer Potentialgradient ihre Transportaktivität fördert. Diese Form des aktiven Transports wird als sekundärer aktiver Transport bezeichnet. Es wird auch als gekoppelter Transport bezeichnet, da zwei Moleküle gleichzeitig über eine Membran transportiert werden. Wenn das Trägerprotein zwei Moleküle in die gleiche Richtung trägt, spricht man von einem Symporter. Wenn das Trägerprotein zwei Moleküle in entgegengesetzte Richtungen bewegt, spricht man von einem Antiporter. Trotzdem transportieren einige Träger ein einzelnes Molekül von einer Seite der Membran zur anderen. Sie werden Uniporter genannt. Suchen Sie für die schematischen Ansichten der drei Arten von Trägern nach dem Diagramm, das die drei Formen des durch Träger vermittelten Transports in diesem Inhalt darstellt.

Funktionen von Trägerproteinen

Trägerproteine sind sowohl am passiven als auch am aktiven beteiligt Arten von biologischen Transportprozessen. Beim passiven Transport werden Moleküle bergab transportiert, d. H. Von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration. Der Konzentrationsunterschied zwischen zwei Regionen erzeugt einen Konzentrationsgradienten, der ausreicht, um einen passiven Transport auszulösen. Aufgrund der Lipiddoppelschichtnatur der Zellmembran können sich jedoch nicht alle Moleküle entsprechend ihrem Konzentrationsgradienten aus der Zelle heraus oder in die Zelle hinein bewegen. Polare Moleküle und Ionen können nicht leicht über die Membran diffundieren. Sie benötigen Membrantransportproteine wie Träger, um ihren Transport zu erleichtern. Wenn ein Trägerprotein in dem Prozess verwendet wird, „nimmt“ das Molekül von einer Seite der Membran auf dem Trägerprotein „Platz“ und wird dann zur Freisetzung auf die andere Seite getragen. Diese Form der Diffusion (oder des passiven Transports) macht dies aus Die Verwendung eines Membranproteins zum Transport entlang des Konzentrationsgradienten wird als erleichterte Diffusion bezeichnet.

Während einige Membranproteine nicht zum aktiven Transport fähig sind, ermöglichen Trägerproteine einen aktiven Transport. An die Trägerproteine gebundene Moleküle können sich bergauf bewegen. Dies bedeutet, dass sich Moleküle des Transports gegen den Konzentrationsgradienten bewegen, dh in die Richtung, in die sie normalerweise nicht gehen würden, da der Bereich bereits konzentriert ist Eine Energiequelle (z. B. ATP) wird benötigt, um den Prozess zu befeuern. Dies geschieht während des aktiven Transports von Na + und K + sowie von NADH, wenn Protonen über den inneren Mitochondrien bewegt werden Rialmembran, in der ATP an ihren Transport gekoppelt ist.

Transportmechanismus

Sowohl beim passiven als auch beim aktiven Transport bewegen die Trägerproteine Moleküle durch Bindung an letztere und erfahren dann eine Konformationsänderung. Sie ändern ihre Form, wenn sie die Moleküle von einer Seite der Membran zur anderen tragen. Bei einem aktiven Transport wird jedoch chemische Energie benötigt. Durch ATP-Hydrolyse wird Energie freigesetzt, wenn ATPasen die Zersetzung von ATP zu ADP katalysieren. Die Freisetzung eines anorganischen Phosphats aus dem ATP bewirkt auch die gleichzeitige Freisetzung der Energie. Nicht alle aktiven Transportprozesse werden durch direkte ATP-Kopplung angetrieben. Eine andere Form des aktiven Transports verwendet eher einen elektrochemischen Gradienten als ATP. Zum Beispiel erzeugen passiv bewegte Kationen eine Entropie, die den aktiven Transport einer anderen Gruppe von Ionen befeuern kann.

Beispiele für Trägerproteine

Glukosetransporter

„Glukosetransporter“ in der Zellmembran der tierischen Zellen nehmen Glukosemoleküle auf, ohne ATP zu verwenden, wenn die Zelle weniger Glukose als die Außenseite hat.Glukose ist ein lebenswichtiges Biomolekül, da es als Energiequelle dient. In menschlichen Zellen gibt es 14 Glukosetransporter. Sie sind Uniporter, binden spezifisch an Glucosemoleküle und tragen diese. GLUT1 ist beispielsweise ein Glukosetransporter, der in fast allen Zelltypen exprimiert wird. Bei Erwachsenen wird es in den höchsten Konzentrationen in roten Blutkörperchen exprimiert.

Natrium-Kalium-Pumpe (Na + / K + -Pumpe)

Na + / K + -Pumpe ist ein Antiporter. Es hat Bindungsstellen für Na + -Ionen und K + -Ionen. Da die Bewegung dieser Ionen gegen ihre Konzentrationsgradienten gerichtet ist, benötigt die Pumpe eine Energiequelle. Somit bindet es an ATP, um es zu ADP zu hydrolysieren, wodurch die Freisetzung von Energie verursacht wird. Die Pumpe nutzt diese Energie, um ihre Form zu ändern. Nach der Konformationsänderung dissoziieren die Ionen von der Pumpe, werden jedoch in entgegengesetzte Richtungen freigesetzt. Na + -Ionen werden abgepumpt, während K + -Ionen in die Zelle gepumpt werden. Die Funktion der Na + / K + -Pumpe ist entscheidend, da sie an der Übertragung von Nervenimpulsen und der Aufrechterhaltung des Zellmembranpotentials beteiligt ist. Ohne genügend K + -Ionen kann die Funktion von Motoneuronen und anschließend der Zielmuskulatur gestört werden.

Glucose-Natrium-Transportproteine

Glucose-Natrium-Transportproteine sind Symport-Trägerproteine, die Glukose aktiv transportieren. Wenn die Zelle viel Glukose enthält und dennoch mehr aufnehmen möchte, wird ein Glukose-Natrium-Transporter verwendet. Dieser Transporter hat Bindungsstellen für Glucose und zwei Na + -Ionen. Da die Zelle anfänglich weniger Na + -Ionen hat, diffundieren die Na + -Ionen passiv. Folglich wird ein elektrochemischer Potentialgradient erzeugt, der den Transporter antreibt, das Glucosemolekül aktiv in die Zelle zu bewegen.

FAQ

Ist ein Trägerprotein ein Transportprotein?
Ein Trägerprotein ist eine Art von Membrantransportprotein. Ein anderer Haupttyp des Membrantransportproteins ist ein Kanalprotein. Eine Möglichkeit, ein Trägerprotein von einem Kanalprotein zu unterscheiden, ist seine Bindungsstelle, die die zu transportierenden Moleküle auswählt. Wenn ein Molekül oder ein gelöster Stoff an diese Stelle bindet, bewegt das Trägerprotein sie auf die andere Seite der Membran. Einige Träger benötigen eine Energiequelle (z. B. ATP oder elektrochemischer Potentialgradient) oder ein Photon, um den Träger zur Änderung seiner Form anzuregen, was zur Freisetzung des gebundenen Moleküls oder eines gelösten Stoffs führt.

Wofür bedeutet dies? ein zu sättigendes Trägerprotein?
Ein Trägerprotein ist gesättigt, wenn alle seine Bindungsstellen besetzt sind. Folglich ist die Transportrate maximal. Als Vmax bezeichnet, beschreibt die Transportrate eine Eigenschaft des spezifischen Trägers, die die Rate widerspiegelt, mit der er zwischen seinen beiden Konformationszuständen wechseln kann. Wenn die Transportrate die Hälfte ihres Maximalwerts beträgt, entspricht die Bindungskonstante eines bestimmten Transporters für seinen gelösten Stoff (km) der Konzentration des gelösten Stoffs. (Ref. 2)

Verwandte Begriffe

• Acyl-Trägerprotein
• Lactose-Trägerprotein

Siehe auch

• Erleichterte Diffusion
• Aktiver Transport