BIAŁKA TRANSPORTERÓW BŁONOWYCH: FUNKCJE I TYPY - BIOLOGIA - 2024

W transportery błonowe są integralnymi białkami błonowymi wyspecjalizowane w realizacji transportu konkretnego jonów i małych cząsteczek rozpuszczalnych po obu stronach błony komórkowej.

Ponieważ te cząsteczki nie mogą same przechodzić przez hydrofobowe serce dwuwarstw lipidowych, białka te umożliwiają komórce: utrzymywanie zróżnicowanego środowiska, przyjmowanie składników odżywczych, wydalanie produktów przemiany materii oraz regulację stężenia jonów i cząsteczek.

Białko transportera błonowego. Autor: Emma Dittmar - Praca własna, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

Białka transporterowe podzielono na dwie duże grupy: kanały i transportery. Transportery specyficznie wiążą cząsteczkę, która ma być transportowana i ulegają zmianom konformacyjnym, aby móc je mobilizować. Z kolei kanały nie wiążą cząsteczek, a raczej tworzą tunel, z którego swobodnie się poruszają, po prostu wykluczony przez ich promień molekularny.

Oprócz tej klasyfikacji istnieją inne, które uwzględniają ilość transportowanych cząsteczek, kierunek, w którym są transportowane, zależność lub nie od energii i źródła energii, z której korzystają.

Transport przez błonę komórkową

Synteza błony była ostatnim wydarzeniem ewolucyjnym, które dało początek komórkom.

Absolutnie wszystkie błony komórkowe stanowią bariery, które utrudniają swobodny przepływ jonów i cząsteczek do iz komórek. Muszą jednak pozwolić na wejście tych, które są niezbędne dla ich funkcjonowania, jak również na wyjście odpadów.

Dlatego przemieszczanie cząsteczek w obu kierunkach odbywa się selektywnie. Innymi słowy, komórka decyduje, kogo wpuścić lub z niej wyjść io której godzinie.

Aby to osiągnąć, wykorzystuje istnienie wyspecjalizowanych białek transbłonowych, które działają jako kanały lub bramy, zwane transporterami błonowymi.

Około 20% genów w komórce koduje te białka transportera błonowego. To daje nam wyobrażenie o znaczeniu, jakie transport ma dla funkcji komórki.

W tym sensie badanie tych białek ma ogromne znaczenie zarówno w identyfikacji celów chemioterapeutycznych, jak i możliwych środków transportu leków do komórek docelowych.

Funkcje transporterów membranowych

Transportery komórkowe są odpowiedzialne za przenoszenie substancji rozpuszczonych o charakterze organicznym i nieorganicznym przez błony komórkowe.

Ten transfer jest wykonywany specjalnie tylko wtedy, gdy komórka tego potrzebuje, aby:

- Utrzymanie gradientów elektrochemicznych w komórkach, niezbędnych do wykonywania podstawowych funkcji, takich jak wytwarzanie energii potrzebnej komórce i reakcja na bodźce w błonach pobudliwych.

- Pobrać makro i mikroelementy z pożywki niezbędnej do zaopatrzenia komórki w monomery, które będą stanowiły szkielety składowych makrocząsteczek (kwasy nukleinowe, białka, węglowodany i lipidy).

- Reagują na bodźce i uczestniczą w procesach sygnalizacji komórkowej.

Rodzaje białek transporterów błonowych

Transportery membranowe zostały podzielone według rodzaju transportu na dwie szerokie kategorie: kanały i transportery.

Rodzaje białek transporterów błonowych. Autor: LadyofHats (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], źródło Wikimedia Commons.

Białka kanałowe

Białka kanałowe pośredniczą w biernym transporcie cząsteczek wody, a także różnych specyficznych typów jonów. Ten rodzaj transportu nie wymaga energii i zachodzi spontanicznie na korzyść gradientu stężeń transportowanej cząsteczki.

Nazwa kanałów wynika z faktu, że struktura, jaką uzyskują te białka, przypomina tunel, przez który następuje jednoczesne przejście wielu cząsteczek, które dobiera się na podstawie ich promienia molekularnego. Z tego powodu transportery te można uznać za sita molekularne.

Wśród funkcji związanych z tymi transporterami jest tworzenie, utrzymywanie i zakłócanie gradientów elektrochemicznych w błonach komórkowych.

Jednak wiele innych kanałów przełącza się między stanami otwartymi i zamkniętymi w odpowiedzi na nadejście lub usunięcie pewnych bodźców.

Takie bodźce mogą mieć charakter elektryczny w kanałach zależnych od napięcia, chemiczne w kanałach zależnych od ligandów lub fizyczne w kanałach, które reagują na zmiany mechaniczne, takie jak naprężenie lub odkształcenie.

Przenośniki

Białka transporterowe są również nazywane nośnikami lub permasycjami. Wykorzystują gradienty elektrochemiczne do przenoszenia na jedną lub drugą stronę membrany.

Ten typ białek transporterowych może pośredniczyć w dwóch rodzajach transportu. Ułatwiony pasywny transport cząsteczki w jednym kierunku iw dół gradientu stężeń lub współtransport dwóch różnych cząsteczek.

Z kolei transport w tym samym kierunku realizowany jest przez symporterów, aw przeciwnych przez antynośniki.

Z drugiej strony, w przeciwieństwie do kanałów, które pozwalają na jednoczesne przejście przez nie wielu cząsteczek, transportery pozwalają tylko na ograniczone i specyficzne przejście określonej liczby cząsteczek. Aby to zapewnić, mają specyficzne miejsca wiązania.

W tym przypadku, gdy dojdzie do związania cząsteczki z transporterem, ten ostatni ulega zmianie konformacyjnej, która odsłania miejsce wiązania po drugiej stronie membrany, sprzyjając w ten sposób transportowi.

Ta zależność od zmiany strukturalnej białek nośnikowych spowalnia tempo transportu cząsteczek.

Rodzaje przenośników

W oparciu o zależność lub brak energii do przeprowadzenia transportu, białka transporterów można podzielić na: pasywne transportery wspomagające i transportery aktywne.

- Pasywne przenośniki ułatwiające

Transportery ułatwiające pasywne nie wymagają dostarczania energii i realizują transport cząsteczek ze strefy o dużym stężeniu do strefy o niskim stężeniu.

- Aktywne ułatwianie transporterów

Z kolei transportery aktywne wymagają wkładu energii, aby przemieścić substancje wbrew ich gradientowi stężeń. Ten mechanizm reaguje na aktywny proces transportu.

Przenośniki pierwotne (pompy)

Pompy transportują jony i cząsteczki do ośrodków wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych, wykorzystując podstawowy mechanizm transportu aktywnego.

Oznacza to, że wykorzystują energię z hydrolizy ATP, aby „ruch jonów i cząsteczek w górę” stał się procesem korzystnym energetycznie.

Jedną z funkcji związanych z tym typem transportera jest tworzenie wewnętrznego kwaśnego środowiska charakterystycznego dla lizosomów komórek zwierzęcych, wakuoli komórek roślinnych i światła żołądka.

Wtórne transportery czynne

Te transportery wykorzystują energię uwolnioną podczas współtransportu jonu na korzyść jego gradientu elektrochemicznego, aby móc transportować inną cząsteczkę wbrew gradientowi stężenia. Innymi słowy, dokonują wtórnego transportu aktywnego cząsteczek.

Bibliografia

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. 2002. Molecular Biology of the Cell, wydanie 4. Nowy Jork: Garland Science.
2. Bennetts HS. Koncepcje przepływu membranowego i pęcherzyków membranowych jako mechanizmy transportu aktywnego i pompowania jonów. J BiophysBiochemCytol. 1956; 25: 2 (4 Suplement): 99-103.
3. Oparin AI, Deborin GA. Model aktywnego transportu białka przez błonę lipidową. Ukr Biokhim Zh. 1965; 37 (5): 761–768.
4. Schneider M, Windbergs M, Daum N, Loretz B, Collnot EM, Hansen S, Schaefer UF, Lehr CM. Przekraczanie barier biologicznych w celu zaawansowanego dostarczania leków. Eur J Pharm Biopharm. 2013; 84: 239-241.
5. Seeger MA. Badania transporterów membranowych w czasach niezliczonych struktur. Biochim Biophys Acta Biomembr. 2018; 1860 (4): 804-808.
6. Volpe DA. Testy transporterów jako przydatne narzędzia in vitro w odkrywaniu i opracowywaniu leków. Expert Opin Drug Discov. 2016; 11 (1): 91-103.
7. Wang F, Wang Y, ZhangX, Zhang W, Guo S, Jin F. Niedawny postęp w zakresie peptydów penetrujących komórki jako nowych nośników wewnątrzkomórkowej dostawy ładunku. J Control Release. 2014; 174: 126-136.