UNIPORTE: TRANSPORT PRZEZ MEMBRANY, CHARAKTERYSTYKA - BIOLOGIA - 2025

Termin uniport jest używany w biologii do opisania transportu pojedynczych cząsteczek w jednym kierunku przez błonę komórkową oraz w dół jej gradientu stężeń (transport ułatwiony).

Ten rodzaj transportu przez błony, który narzuca selektywną barierę przepuszczalności, zakłada utrzymanie mniej lub bardziej stałego środowiska wewnątrzkomórkowego, które umożliwia ustanowienie wielu funkcji komórkowych, które zależą od drobnych bilansów molekularnych i energetycznych.

Reprezentatywny schemat transportu Uniporte (Źródło: Emma Dittmar za Wikimedia Commons)

Komunikacja między komórkami, a także między komórkami a otaczającym je środowiskiem jest procesem niezbędnym do życia wszystkich organizmów i zależy w dużej mierze od grupy białek transbłonowych zwanych „białkami transportowymi”.

Białka te są odpowiedzialne za transport substancji, które ze względu na swój charakter chemiczny nie mogą łatwo przenikać przez błony, takie jak jony i cząsteczki rozpuszczalne w wodzie, takie jak aminokwasy i glukoza.

Należy zauważyć, że transport tego typu cząsteczek z lub na zewnątrz komórki lub z cytozolu do światła organelli odbywa się za pośrednictwem specyficznych białek transporterowych, zdolnych do „rozpoznania” lub identyfikacji substratu, który muszą transportować.

Transport przez membrany

Niektórzy autorzy uważają, że istnieją trzy typy transporterów w błonach komórkowych: pompy, białka kanałowe i białka transporterowe.

- Pompy

Pompy to białka, które transportują małe cząsteczki wbrew gradientom ich stężeń lub potencjału elektrycznego i wykorzystują siłę energetyczną pochodzącą z hydrolizy ATP (są to ATPazy). Białka te wykonują tak zwany „transport aktywny”, ponieważ wymagają energii.

- Białka kanałowe

Białka kanałowe ułatwiają transport różnych jonów i wody na korzyść ich gradientu stężeń lub potencjału elektrycznego. Składają się z „kanałów” utworzonych przez białka, które przecinają błonę na całej jej grubości, przez które cząsteczki przemieszczają się z dużą prędkością.

Istnieją białka kanałowe, które są trwale otwarte, podczas gdy inne można zamknąć, otwierając się na specjalne bodźce.

- Białka transportowe

Te białka nośnikowe są klasą białek, które umożliwia przemieszczanie się wiele jonów i molekuł w błonach biologicznych.

Białka te oddziałują bezpośrednio z substratami, które transportują, a interakcja ta generuje zmiany konformacyjne w ich strukturze, dzięki czemu transport jest delikatnie selektywny i wolniejszy niż pozostałe dwa opisane typy.

Rodzaje białek nośnikowych

W literaturze naukowej często można znaleźć teksty odnoszące się do trzech typów białek transporterowych: symporterów, anty-nośników i uni-nośników.

Symport i antysport ma związek z jednoczesnym ruchem dwóch cząsteczek. To łączy ruch jednego z nich wbrew gradientowi stężenia lub potencjałowi elektrycznemu z ruchem drugiego (lub więcej) na korzyść jego gradientu (zwykle jonów).

Konkretnie, symport współpracuje z transportem dwóch cząsteczek w tym samym kierunku, podczas gdy antysport obejmuje ruch cząsteczki w jednym kierunku, a drugi w przeciwnym.

Uniport jest najprostszą klasą transportu błonowego, ponieważ polega na transporcie pojedynczej cząsteczki na raz i na korzyść jej gradientu stężeń, więc można powiedzieć, że w jakiś sposób ułatwia prostą dyfuzję.

Białka Unicarrier to na przykład takie, które przenoszą cukry, aminokwasy i nukleotydy z zewnątrz do wnętrza komórek zwierzęcych.

Niektóre bakterie, rośliny i niższe eukarionty posiadają przedstawicieli nadrodziny białek nośnikowych, których członkowie katalizują zarówno unport, symport, jak i antport. Ta nadrodzina jest znana jako „główna nadrodzina ułatwiająca”.

cechy

Białka Unicarrier przyspieszają ruch cząsteczek z jednej strony błony komórkowej na drugą.

Ruch ten jest energetycznie korzystny, ponieważ cząsteczki są przenoszone na korzyść ich gradientu stężeń, to znaczy z miejsca „więcej” do miejsca „mniej”. Z tego powodu uniport jest często uważany za rodzaj ułatwionej dyfuzji lub ułatwionego transportu.

Niektóre szczególne cechy wyróżniają ten rodzaj transportu:

- Szybkość przechodzenia cząsteczki z jednej strony na drugą, na korzyść jej gradientu przez białko z jednym nośnikiem, jest większa niż ta, która miałaby miejsce przy prostej dyfuzji.

- Podobnie jak w przypadku wszystkich transportów katalizowanych przez transportery (w tym symport i antport), uniport jest specyficzny, ponieważ każde białko rozpoznaje określoną cząsteczkę.

- W przeciwieństwie do prostej dyfuzji, uniport zachodzi w specjalnych miejscach na błonie (gdzie znajdują się białka transporterowe), a ponieważ jest ograniczona liczba białek, ma maksymalną prędkość, określoną liczbą transporterów i stężeniem transportowanego podłoża.

Rodzaje

Białka Unicarrier, według Woelfersbergera (1994), można sklasyfikować jako kanały i jako transportery lub „nośniki”.

Kanały

Jak można zrozumieć z poprzedniego stwierdzenia, białka kanałowe należą do klasyfikacji białek transporterowych z jednym nośnikiem. Te typy białek są zasadniczo hydrofilowymi porami (związanymi z wodą), które przecinają membranę i przez które woda i inne substancje rozpuszczone mogą przemieszczać się na drodze dyfuzji, ponieważ zachodzi to na korzyść ich gradientu stężenia.

Wnętrze lub prześwit każdego kanału białkowego jest zorganizowany w membranie w taki sposób, że jest dostępny jednocześnie dla obu stron membrany.

Przenośniki lub

Transportery lub nośniki to także białka transbłonowe, które tworzą rodzaj przewodu na całej grubości błon komórkowych. Jednak mimo że mają miejsca wiązania podłoża po obu stronach membrany, nie są one jednocześnie odsłonięte.

Z tego powodu transportery mogą ułatwiać ruch w obu kierunkach, a także transport przeciwny, podczas gdy białka kanałowe nie mogą.

Przykłady

Jednym z najbardziej reprezentatywnych przykładów uniport jest przypadek transportu glukozy przez błonę plazmatyczną komórek ssaków. Ten transport jest katalizowany przez grupę białek znaną jako GLUT (od angielskiego akronimu Glucose Transporters).

Struktura krystaliczna GLUT1, transportera glukozy w błonach komórkowych ssaków (źródło: A2-33 za Wikimedia Commons)

Są to białka transbłonowe złożone z łańcucha peptydowego, który przechodzi przez błonę plazmatyczną co najmniej 12 razy i który ma miejsca wiązania glukozy zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz.

Ten typ białka ma dwie konformacje, jedną, gdy nie jest związane z glukozą, a drugą, gdy jest z nią związane. Zmiany konformacyjne w tych białkach są odwracalne, losowe i zależą od wiązania glukozy.

Ponadto katalizują transport w obu kierunkach, w zależności od stężenia glukozy po jednej lub drugiej stronie membrany.

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Nowy Jork: Garland Science.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (wyd. 5). Freeman, WH & Company.
3. Beavis, AD i Vercesi, AE (1992). W jednym porcie anionowym w mitochondriach roślin pośredniczy kanał anionowy błony wewnętrznej niewrażliwy na Mg2 +. Journal of Biological Chemistry, 267 (5), 3079-3087.
4. Wolfersberger, MG (1994). Uniporterzy, symportery i antyportery. The Journal of Experimental Biology, 196, 5–6.
5. Kakuda, DK i MacLeod, CL (1994). Niezależny od Na + transport (uniport) aminokwasów i glukozy w komórkach ssaków. Journal of Experimental Biology, 196, 93–108.
6. Marger, MD i Saier, MH (1993). Główna nadrodzina transbłonowych pośredników, które katalizują uniport, symport i antyport. Trends in Biochemical Sciences, 18 (1), 13–20.
7. Bonifacino, JS i Lippincott-Schwartz, J. (2003). Białka płaszcza: kształtowanie transportu błonowego. Nature Reviews, 4 (maj), 409–414