Membran taşıma proteini - Membrane transport protein

Bir zar taşıma proteini (veya basitçe taşıyıcı ), iyonların , küçük moleküllerin ve başka bir protein gibi makromoleküllerin biyolojik bir zar boyunca hareketinde yer alan bir zar proteinidir . Taşıma proteinleri, integral transmembran proteinleridir ; yani, içinde maddeyi taşıdıkları zarın içinde kalıcı olarak bulunurlar ve onu kaplarlar. Proteinler, kolaylaştırılmış difüzyon veya aktif taşıma yoluyla maddelerin hareketine yardımcı olabilir . Bu tür taşımada yer alan iki ana protein türü, genel olarak kanallar veya taşıyıcılar olarak kategorize edilir . Çözünen taşıyıcılar ve atipik SLC'ler insanlarda ikinci aktif veya kolaylaştırıcı taşıyıcıları bulunmaktadır. Toplu olarak membran taşıyıcılar ve kanallar transportomdur. Transportomes, yalnızca iyonların ve besinlerin değil, aynı zamanda ilaçların da hücresel akışını ve akışını yönetir.

Kanallar ve taşıyıcılar arasındaki fark

Bir taşıyıcı , hem hücre dışı hem de hücre içi ortamlara aynı anda açık değildir. Ya iç kapısı açıktır, ya da dış kapısı açıktır. Buna karşılık, bir kanal aynı anda her iki ortama da açık olabilir ve moleküllerin kesintisiz olarak yayılmasını sağlar. Taşıyıcıların bağlanma bölgeleri vardır, ancak gözenekler ve kanallar yoktur. Bir kanal açıldığında, saniyede milyonlarca iyon zardan geçebilir, ancak aynı zamanda tipik olarak sadece 100 ila 1000 molekül bir taşıyıcı molekülden geçer. Her taşıyıcı protein, yalnızca bir maddeyi veya çok benzer maddelerden oluşan bir grubu tanıyacak şekilde tasarlanmıştır. Araştırma, belirli taşıyıcı proteinlerdeki kusurları belirli hastalıklarla ilişkilendirdi.

Aktif taşımacılık

Ana madde: Aktif taşıma
Sodyum-potasyum pompasının hareketi, birincil aktif taşımanın bir örneğidir. Soldaki iki taşıyıcı protein, sodyumu konsantrasyon gradyanına karşı hücreden çıkarmak için ATP kullanıyor. Sağdaki proteinler, potasyumu hücreye taşımak için ikincil aktif taşımayı kullanıyor.

Aktif taşıma , bir maddenin konsantrasyon gradyanına karşı bir zar boyunca hareketidir. Bu genellikle, bir hücrenin ihtiyaç duyduğu glikoz veya amino asitler gibi yüksek konsantrasyonlarda molekül biriktirmek içindir. İşlem, adenozin trifosfat (ATP) gibi kimyasal enerji kullanıyorsa, buna birincil aktif taşıma denir . İkincil aktif taşıma , bir elektrokimyasal gradyan kullanımını içerir ve hücrede üretilen enerjiyi kullanmaz. Maddeleri zarlardan pasif olarak taşıyan kanal proteinlerinden farklı olarak, taşıyıcı proteinler iyonları ve molekülleri ya kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla pasif olarak ya da ikincil aktif taşıma yoluyla taşıyabilir. Parçacıkları düşük konsantrasyonlu alanlardan yüksek konsantrasyonlu alanlara taşımak için bir taşıyıcı protein gereklidir. Bu taşıyıcı proteinler, taşınmaya ihtiyaç duyan spesifik bir moleküle (substrata) bağlanan reseptörlere sahiptir. Taşınacak molekül veya iyon (substrat) ilk önce belirli bir bağlanma afinitesi ile taşıyıcı moleküldeki bir bağlanma bölgesine bağlanmalıdır. Bağlanmayı takiben ve bağlanma bölgesi aynı yöne bakarken, taşıyıcı substratı moleküler yapısı içinde yakalayacak veya tıkayacak (alacak ve tutacaktır) ve bir iç translokasyona neden olacak, böylece proteindeki açıklık şimdi diğer tarafa bakacaktır. plazma zarı. Taşıyıcı protein substratı, oradaki bağlanma afinitesine göre o bölgede salınır.

Kolaylaştırılmış difüzyon

Ana madde: Kolaylaştırılmış difüzyon
İyon kanallarını (solda) ve taşıyıcı proteinleri (sağda üç) gösteren hücre zarında kolaylaştırılmış difüzyon .

Kolaylaştırılmış difüzyon , moleküllerin veya iyonların belirli taşıma proteinleri yoluyla biyolojik bir zardan geçişidir ve herhangi bir enerji girişi gerektirmez. Kolaylaştırılmış difüzyon, özellikle büyük polar moleküller ve yüklü iyonlar durumunda kullanılır; bu tür iyonlar suda çözündükten sonra çift tabakaları oluşturan fosfolipidlerin yağ asidi kuyruklarının hidrofobik doğasından dolayı hücre zarlarından serbestçe yayılamazlar. Kolaylaştırılmış difüzyonda kullanılan taşıyıcı proteinlerin türü, aktif taşımada kullanılanlardan biraz farklıdır. Bunlar hala zar-ötesi taşıyıcı proteinlerdir, ancak bunlar kapılı zar-ötesi kanallardır, yani dahili olarak yer değiştirmezler ve işlev görmesi için ATP'ye ihtiyaç duymazlar. Substrat kapılı taşıyıcının bir tarafından alınır ve ATP kullanılmadan substrat hücreye bırakılır. Potansiyel biyolojik belirteçler olarak kullanılabilirler.

Ters difüzyon

Ana madde: Ters taşıma

Ters taşıma veya taşıyıcı tersine çevrilmesi , bir zar taşıma proteininin substratlarının, taşıyıcı tarafından tipik hareketlerinin tersi yönde hareket ettiği bir olgudur. Taşıyıcı tersine çevrilmesi, tipik olarak, bir zar taşıma proteini, proteinlere bir fosfat grubu ekleyen bir enzim olan belirli bir protein kinaz tarafından fosforile edildiğinde meydana gelir .

Türler

( Taşıyıcı Sınıflandırma veri tabanı kategorilerine göre gruplandırılmıştır)

1: Kanallar/gözenekler

Kolaylaştırılmış difüzyon, kanallar/gözenekler ve taşıyıcılar/taşıyıcılar yoluyla hücre zarının içinde ve dışında gerçekleşir.

Not:

  • Kanallar:

Kanallar ya açık durumda ya da kapalı durumdadır. Bir kanal hafif bir konformasyonel anahtarla açıldığında, aynı anda her iki ortama da (hücre dışı ve hücre içi) açılır.

  • Bu resim symport'u temsil eder. Sarı üçgen, sarı daireler için konsantrasyon gradyanını gösterirken yeşil üçgen, yeşil daireler için konsantrasyon gradyanını gösterir ve mor çubuklar, taşıma proteini demetidir. Yeşil daireler, enerji gerektiren bir taşıma proteini aracılığıyla konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket ederken, sarı daireler enerjiyi serbest bırakan konsantrasyon gradyanlarını aşağı doğru hareket ettirir. Sarı daireler kemiozmoz yoluyla yeşil daireleri hareket ettirmek için gerekenden daha fazla enerji üretir , böylece hareket birleştirilir ve bir miktar enerji iptal edilir. Bir örnek, protonların konsantrasyon gradyanını hücreye indirirken aynı zamanda hücreye laktozu pompalamasına izin veren laktoz permeazıdır .
    gözenekler:

Gözenekler her iki ortama da sürekli açıktır, çünkü konformasyonel değişikliklere uğramazlar. Her zaman açık ve aktifler.

2: Elektrokimyasal potansiyel güdümlü taşıyıcılar

Ayrıca taşıyıcı proteinler veya ikincil taşıyıcılar olarak da adlandırılır.

3: Birincil aktif taşıyıcılar

  • 3.A: PP-bağ-hidroliz güdümlü taşıyıcılar:
    • MDR , CFTR gibi ATP bağlayıcı kaset taşıyıcı (ABC taşıyıcı)
    • V-tipi ATPaz  ; (vakuolar ile ilgili "V").
    • P-tipi ATPaz  ; ("P" fosforilasyonla ilgilidir), örneğin:
    • Bu resim antiportu temsil ediyor. Sarı üçgen sarı daireler için konsantrasyon gradyanını gösterirken mavi üçgen mavi daireler için konsantrasyon gradyanını gösterir ve mor çubuklar taşıma proteini demetidir. Mavi daireler, enerji gerektiren bir taşıma proteini aracılığıyla konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket ederken, sarı daireler enerjiyi serbest bırakan konsantrasyon gradyanlarını aşağı doğru hareket ettirir. Sarı daireler kemiozmoz yoluyla mavi daireleri hareket ettirmek için gerekenden daha fazla enerji üretir , böylece hareket birleştirilir ve bir miktar enerji iptal edilir. Bir örnek, sodyumu hücreden dışarı pompalarken protonların konsantrasyon gradyanlarından hücreye inmesine izin veren sodyum-proton değiştiricidir.
      F tipi ATPaz ; ("F" faktörle ilgili), aşağıdakiler dahil: mitokondriyal ATP sentaz , kloroplast ATP sentaz1
  • 3.B: Dekarboksilasyon güdümlü taşıyıcılar
  • 3.C: Metiltransfer güdümlü taşıyıcılar
  • 3.D: Oksidoredüksiyonla çalışan taşıyıcılar
  • 3.E: Rodopsin gibi ışık absorpsiyonuna dayalı taşıyıcılar

4: Grup translokatörleri

Grup translokatörleri, bakterilere taşınırken şekerlerin fosforilasyonu için özel bir mekanizma sağlar (PEP grup translokasyonu)

5: Elektron taşıyıcıları

Membran içindeki transmembran elektron transfer taşıyıcıları, disülfid bağı oksidoredüktazlar (E. coli'de DsbB ve DsbD) gibi iki elektronlu taşıyıcıların yanı sıra NADPH oksidaz gibi tek elektronlu taşıyıcıları içerir. Genellikle bu redoks proteinleri, taşıma proteinleri olarak kabul edilmez.

Örnekler

Her taşıyıcı protein, özellikle aynı hücre zarı içinde, bir tür moleküle veya molekül ailesine özgüdür. Örneğin, GLUT1 , hemen hemen tüm hayvan hücre zarlarında bulunan ve glikozu çift katman boyunca taşıyan adlandırılmış bir taşıyıcı proteindir. Diğer spesifik taşıyıcı proteinler de vücudun önemli şekillerde çalışmasına yardımcı olur. Sitokromlar elektron taşıma zincirinde elektronlar için taşıyıcı proteinler olarak çalışır .

Patoloji

Bir dizi kalıtsal hastalık, belirli bir madde veya hücre grubundaki taşıyıcı proteinlerdeki kusurları içerir. Sisteinüri (idrarda ve mesanede sistein), böbrek hücre zarlarındaki kusurlu sistein taşıyıcı proteinleri içeren böyle bir hastalıktır. Bu taşıma sistemi normalde idrara dönüşecek sıvıdan sistein çıkarır ve bu esansiyel amino asidi kana geri döndürür. Bu taşıyıcı arızalandığında, nispeten çözünmez olduğu ve çökelme eğiliminde olduğu idrarda büyük miktarlarda sistein kalır. Bu, idrar taşlarının bir nedenidir. Bazı vitamin taşıyıcı proteinlerin habis hastalığı olan hastalarda aşırı eksprese edildiği gösterilmiştir. Örneğin, meme kanseri olan kişilerde riboflavin taşıyıcı protein (RCP) düzeylerinin önemli ölçüde yükseldiği gösterilmiştir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Anderle, P., Barbacioru,C., Bussey, K., Dai, Z., Huang, Y., Papp, A., Reinhold, W., Sadee, W., Shankavaram, U., & Weinstein, J. (2004). Membran Taşıyıcılar ve Kanallar: Kanser Kemosensitivitesi ve Kemore Dirençte Transportomun Rolü. Kanser Araştırması, 54, 4294-4301.

Dış bağlantılar