Membranski transportni protein
Membranski transportni proteini (transporter) su membranski protein[1] uključeni u kretanje iona, malih molekula i makromolekula, poput drugih proteina, kroz biološku membranu. Transportni proteini su integralni transmembranski proteini; to jest oni trajno postoje unutar i prekrivaju membranu preko koje prenose supstance. Proteini mogu pomoći u kretanju supstanci putem olakšane difuzije ili aktivnog transporta. Dvije glavne vrste proteina koje su uključene u takav transport široko su kategorizirane kao „kanali“ ili „nosači“. nosači rastvorenih supstanci i atipski SLC[2] su sekundarno aktivni ili olakšavajući transporteri kod ljudi.[3][4] Skupno, membranski transporteri i kanali su transportni. Transportomi upravljaju ćelijskim prilivom i odlivom, ne samo iona i hranljivih sastojaka već i lijekova.
Razlika između kanala i nosača
[uredi | uredi izvor]Nosač nije istovremeno otvoren i za vanćelijsko i za unutarćelijsko okruženje. Otvoren je njegov ili I unutrašnji ulaz vanjski ulaz. Suprotno tome, kanal može biti otvoren za oba okruženja istovremeno, omogućavajući molekulama da neprekidno difundiraj. Nosači imaju mjesta vezanja, ali pore i kanali nemaju. Nosač nije istovremeno otvoren i za vanćelijsko i za unutarćelijsko okruženje. Ili su njegova unutarnja vrata otvorena, ili su vanjska vrata otvorena. Nosači imaju mjesta vezivanja, ali pore i kanali nemaju.[5][6][7] Kada se kanal otvori, milioni iona mogu proći kroz membranu u sekundi, ali u isto vrijeme kroz molekulu obično prođe samo 100 do 1.000 molekula nosača.[8] Svaki protein-nosač dizajniran je da prepozna samo jednu supstancu ili jednu grupu vrlo sličnih supstanci. Istraživanje je povezalo nedostatke specifičnih proteina-nosača sa određenim bolestima.[9]
Aktivni transport
[uredi | uredi izvor]
Proteini s desne strane koriste sekundarni aktivni transport za premještanje kalija u ćeliju.
Aktivni transport je kretanje supstance kroz membranu u odnosu na njen gradijent koncentracije. To j obično nastaje zbog akumuliranja visokih koncentracija molekula koje su potrebne ćeliji, poput glukoze ili aminokiselina. Ako se u procesu koristi hemijska energija, poput adenozin-trifosfata (ATP), naziva se primarni aktivni transport. Sekundarni aktivni transport uključuje upotrebu elektrohemijskog gradijenta i ne koristi energiju proizvedenu u ćeliji.[10] Za razliku od proteina, u kanalu koji samo pasivno transportuju supstance kroz membrane, nosači proteina mogu prenositi ione i molekule pasivno olakšanom difuzijom ili sekundarnim aktivnim transportom.[11] Protein-nosač potreban je za premještanje čestica iz područja niske u područja visoke koncentracije. Ovi proteini nosači imaju receptore koji se vežu za određenu molekulsu (supstrat) kojem je potreban transport. Molekula ili ion (supstrat) koji se transportiraju moraju se prvo vezati na mjestu vezanja na molekuli nosača, s određenim afinitetom vezanja. Nakon vezanja, i dok je mjesto vezanja okrenuto na isti način, nosač će zahvatiti ili začepiti (uzeti i zadržati) supstrat u svojoj molekulskoj strukturi i izazvati unutrašnju translokaciju tako da je otvor u proteinu sada okrenut prema drugoj strani plazmamembrane.[12] The carrier protein substrate is released at that site, according to its binding affinity there.
Olakšana difuzija
[uredi | uredi izvor]
Olakšana difuzija omogućava prolaz molekula ili iona kroz biološku membranu putem specifičnih transportnnih proteina i ne zahtjeva unos energije. Olakšana difuzija koristi se posebno u slučaju velikih polarnih molekula i nabijenih iona; kad se takvi ioni otope u vodi, ne mogu slobodno difundirati kroz ćelijske membrane zbog hidrofobne prirode repova masnih kiselina iz fosfolipida koji čine dvoslojeve. Tip proteina nosača koji se koriste u olakšanoj difuziji malo se razlikuje od onih u aktivnom transportu. Oni su još uvijek transmembranski proteinski nosači, ali to su zatvoreni transmembranski kanali, što znači da se interno ne translociraju, niti im je potreban ATP da funkcioniraju. Supstrat se uzima s jedne strane zatvorenog nosača i bez upotrebe ATP-a pušta se u ćeliju. Mogu se koristiti kao potencijalni biomarkeri..
Obrnuta difuzija
[uredi | uredi izvor]Obrnuti transport, ili obrnuti transporter, pojava je kod koje se supstrati membranskog transportnog proteina pomiču u suprotnom smjeru od njihovog tipskog kretanja transportera.[13][14][15][16][17] Reverzija transportera događa se obično kada protein membranskog transporta fosforilira određena protein kinaza – enzim koji proteinima dodaje fosfatnu grupu.[13][14]
Tipovi
[uredi | uredi izvor](Grupirani po kategorijama bazi podataka klasifikacije transportera)
1: Kanali / pore
[uredi | uredi izvor]- α-heliksni proteinski kanali kao što su naponski ograničeni ionski kanal (VIC), ligandno povezani ionski kanali (LGIC);
- β-bačvasti porini kao što je kvaporin
- toksini koji tvore kanale, uključujući kolicine, toksin difterije i drugi
- Neribozomno sintetizirani kanali kao što je gramicidin
- Holini, koji funkcioniraju u izvozu enzima koji probavljaju bakterijske ćelijske zidove u ranom koraku razlaganja ćelija.
Olakšana difuzija se javlja u i iz ćelijske membrane kroz kanal pore i nosače /portere.
- Kanali
Kanali su ili u otvorenom ili u zatvorenom stanju. Kada se kanal otvori laganim konformacijskim prekidačem, otvoren je istovremeno za oba okruženja (vanćelijso i unutarćelijsko)
Zeleni krugovi kreću se prema gradijentu koncentracije kroz transportni protein koji zahtijeva energiju, dok se žuti krugovi kreću niz gradijent koncentracije koji oslobađa energiju.
Žuti krugovi proizvode više energije putem hemiosmoze nego što je potrebno za pomicanje zelenih krugova, tako da je kretanje povezano i izvjesna energija se poništava.
Jedan od primjera je permeaza laktoze koja omogućava protonima da smanje svoj gradijent koncentracije u ćeliju, istovremeno pumpajući laktozu u ćeliju.
- Pore
Pore su kontinuirano otvorene za oba ova okruženja, jer ne prolaze kroz konformacijske promjene. Uvijek su otvorene i aktivne.
2: Elektrohemijski transporteri na potencijalni pogon
[uredi | uredi izvor]Nazivaju se i proteini nosači ili sekundarni nosači.
- 2.A: Nosači (uniporteri, simporteri, antiporteri), SLC.[4]
Slika predstavlja uniportere. Žuti trokut prikazuje gradijent koncentracije za žute krugove, a ljubičaste šipke su snop transportnog proteina.
Budući da se kreću niz gradijent koncentracije kroz transportni protein, mogu osloboditi energiju kao rezultat hemiosmoze.
Jedan od primjera je GLUT1 koji kreće glukozu niz gradijent koncentracije u ćeliju.
Eksicatijski transporter aminokiselina (EAAT)
- Transporter glukoze
- Monoaminski transporter, uključujući:
- Transporter dopamina (DAT)
- Transporter norepinefrina (NET)
- Transporter serotonina (SERT)
- Vezikulski monoaminski transporteri (VMAT)
- Adeninski nukleotidni translokator (ANT)
- 2.B: Neribosomno sintesizirani porteri, kao što su:
- Porodica nigericina
- Porodica Ionomicina
- 2.C: Pokretači pokretani ionskim gradijentom
3: Primarni aktivni transporteri
[uredi | uredi izvor]- 3.A: Transporteri pogonjeni hidrolizom P-P:
- Transporter kasete koji veže ATP (ABC transporter), kao što je MDR, CFTR
- V-tip ATPaza; ("V" vezano za vakuola).
- P-tip ATPaza; ("P" vezano za fosforilaciju), kao što su:
Žuti trokut prikazuje gradijent koncentracije za žute krugove, dok plavi trokut prikazuje gradijent koncentracije za plave, a ljubičaste šipke su snop transportnog proteina.
Plavi krugovi kreću se prema gradijentu koncentracije kroz transportni protein koji zahtijeva energiju, dok se žuti krugovi kreću niz gradijent koncentracije koji oslobađa energiju.
Žuti krugovi proizvode više energije putem hemiosmoze nego što je potrebno za pomicanje plavih krugova, tako da je kretanje povezano i neka energija se poništava.
Jedan od primjera je natrij-protonski izmjenjivač koji omogućava protonima da se spuštaju niz gradijent koncentracije u ćeliju dok pumpaju natrij iz ćelije.
- F-tip ATPaza; ("F" vezan uz faktor), uključujući: mitohondrijska ATP-sintaza, hloroplastna ATP sintaza1
- 3.B: Transporteri vođeni dekarboksilacijom
- 3.C: Transporteri na metiltransfer
- 3.D: Transporteri na oksidoredukciju
- 3.E: Transporteri vođeni apsorpcijom svjetlosti, kao što je rodopsin
4: Grupa translokatora
[uredi | uredi izvor]Grupa translokatora pružaju poseban mehanizam za fosforilaciju šećera dok se transportuju u bakterije (translokacija PEP grupe)
5: Nosači elektrona
[uredi | uredi izvor]Transmembranski nosači elektronskog prijenosa u membrani uključuju dvoelektronske nosače, poput oksidoreduktaza disulfidne veze (DsbB i DsbD u E. coli), kao i jednoelektronske nosače poput NADPH oksidaza. Često se ovi redoks proteini ne smatraju transportnim proteinima.
Primjeri
[uredi | uredi izvor]Svaki protein-nosač, posebno unutar iste ćelijske membrane, specifičan je za jednu vrstu ili porodicu molekula. Naprimjer, GLUT1 je imenovani protein-nosač koji se nalazi u gotovo svim memorijama životinjskih ćelija koji transportuje glukozu kroz dvosloj. Ostali specifični proteini-nosači također pomažu tijelu da funkcionira na važne načine. Citohromi djeluju u lancu prijenosa elektrona kao proteini nosači elektrona.[10]
Patologija
[uredi | uredi izvor]Brojne nasljedne bolesti uključuju nedostatke u proteinima-nosačima u određenoj supstanci ili grupi ćelija. Cisteinurija (cistein u urinu i mokraćnom mjehuru) je takva bolest koja uključuje neispravne proteinske nosače cisteina u membranama ćelija bubrega. Ovaj transportni sistem normalno uklanja cistein iz tečnosti kojoj je predviđeno da postane urin i vraća ovu esencijalnu aminokiselinu u krv. Kada ovaj nosač ne radi pravilno, velike količine cisteina ostaju u urinu, gdje je relativno netopiv i ima tendenciju taloženja. Ovo je jedan od uzroka mokraćnih kamenaca.[18] Pokazalo se da su neki proteinski nosači vitamina prekomjerno izraženi kod pacijenata sa malignom bolešću. Naprimjer, pokazalo se da su razine proteinskog nosača riboflavina (RCP) značajno povišene kod osoba s rakom dojke..[19]
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ Membrane transport proteins na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- ^ Perland, Emelie; Bagchi, Sonchita; Klaesson, Axel; Fredriksson, Robert (1. 9. 2017). "Characteristics of 29 novel atypical solute carriers of major facilitator superfamily type: evolutionary conservation, predicted structure and neuronal co-expression". Open Biology (jezik: engleski). 7 (9): 170142. doi:10.1098/rsob.170142. ISSN 2046-2441. PMC 5627054. PMID 28878041.
- ^ Hediger, Matthias A.; Romero, Michael F.; Peng, Ji-Bin; Rolfs, Andreas; Takanaga, Hitomi; Bruford, Elspeth A. (februar 2004). "The ABCs of solute carriers: physiological, pathological and therapeutic implications of human membrane transport proteinsIntroduction". Pflügers Archiv: European Journal of Physiology. 447 (5): 465–468. doi:10.1007/s00424-003-1192-y. ISSN 0031-6768. PMID 14624363.
- ^ a b Perland, Emelie; Fredriksson, Robert (mart 2017). "Classification Systems of Secondary Active Transporters". Trends in Pharmacological Sciences. 38 (3): 305–315. doi:10.1016/j.tips.2016.11.008. ISSN 1873-3735. PMID 27939446.
- ^ Sadava, David, et al. Life, the Science of Biology, 9th Edition. Macmillan Publishers, 2009. ISBN 1-4292-1962-9. p. 119.
- ^ Cooper, Geoffrey (2009). The Cell: A Molecular Approach. Washington, DC: ASM Press. str. 62. ISBN 9780878933006.
- ^ Thompson, Liz A. Passing the North Carolina End of Course Test for Biology. American Book Company, Inc. 2007. ISBN 1-59807-139-4. p. 97.
- ^ Assmann, Sarah (2015). "Solute Transport". u Taiz, Lincoln; Zeiger, Edward (ured.). Plant Physiology and Development. Sinauer. str. 151.
- ^ Sadava, David, Et al. Life, the Science of Biology, 9th Edition. Macmillan Publishers, 2009. ISBN 1-4292-1962-9. p. 119.
- ^ a b Ashley, Ruth. Hann, Gary. Han, Seong S. Cell Biology. New Age International Publishers. ISBN 8122413978. p. 113.
- ^ Taiz, Lincoln. Zeigler, Eduardo. Plant Physiology and Development. Sinauer Associates, 2015. ISBN 978-1-60535-255-8. pp. 151.
- ^ Kent, Michael. Advanced Biology. Oxford University Press US, 2000. ISBN 0-19-914195-9. pp. 157–158.
- ^ a b Bermingham DP, Blakely RD (oktobar 2016). "Kinase-dependent Regulation of Monoamine Neurotransmitter Transporters". Pharmacol. Rev. 68 (4): 888–953. doi:10.1124/pr.115.012260. PMC 5050440. PMID 27591044.
- ^ a b Miller GM (januar 2011). "The emerging role of trace amine-associated receptor 1 in the functional regulation of monoamine transporters and dopaminergic activity". Journal of Neurochemistry. 116 (2): 164–176. doi:10.1111/j.1471-4159.2010.07109.x. PMC 3005101. PMID 21073468.
- ^ Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (2002). "The role of zinc ions in reverse transport mediated by monoamine transporters". The Journal of Biological Chemistry. 277 (24): 21505–13. doi:10.1074/jbc.M112265200. PMID 11940571.
- ^ Robertson SD, Matthies HJ, Galli A (2009). "A closer look at amphetamine-induced reverse transport and trafficking of the dopamine and norepinephrine transporters". Molecular Neurobiology. 39 (2): 73–80. doi:10.1007/s12035-009-8053-4. PMC 2729543. PMID 19199083.
- ^ Kasatkina LA, Borisova TA (novembar 2013). "Glutamate release from platelets: exocytosis versus glutamate transporter reversal". The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 45 (11): 2585–2595. doi:10.1016/j.biocel.2013.08.004. PMID 23994539.
- ^ Sherwood, Lauralee. 7th Edition. Human Physiology. From Cells to Systems. Cengage Learning, 2008. p. 67
- ^ Rao, PN, Levine, E et al. Elevation of Serum Riboflavin Carrier Protein in Breast Cancer. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. Volume 8 No 11. pp. 985–990
Anderle, P., Barbacioru,C., Bussey, K., Dai, Z., Huang, Y., Papp, A., Reinhold, W., Sadee, W., Shankavaram, U., & Weinstein, J. (2004). Membrane Transporters and Channels: Role of the Transportome in Cancer Chemosensitivity and Chemoresistance. Cancer Research, 54, 4294-4301.
Vanjski linkovi
[uredi | uredi izvor]
- "Transport protein" na Dorland's Medical Dictionary
- DDI Regulatory Guidance Request a guide to drug-drug interaction regulatory recommendations.