Az iontranszporter egy transzmembrán fehérje , amely ionokat (vagy kis molekulákat) mozgat a biológiai membránon keresztül számos különböző biológiai funkció végrehajtása érdekében, beleértve a sejtkommunikációt, a homeosztázis fenntartását, az energiatermelést stb. [1] Különféle típusú transzporterek léteznek, beleértve a pumpákat is. , uniporters , antiporters and symporters. Az aktív transzporterek vagy ionpumpák olyan transzporterek, amelyek a különféle forrásokból, köztük az adenozin-trifoszfátból (ATP), a napfényből és más redoxreakciókból származó energiát potenciális energiává alakítják át , és egy iont a koncentrációgradiense mentén mozgatnak.. [2] Ezt a potenciális energiát azután a másodlagos transzporterek, köztük az iontranszporterek és az ioncsatornák felhasználhatják a létfontosságú sejtfolyamatok, például az ATP-szintézis elindítására .
Ez a cikk elsősorban a pumpaként működő iontranszporterekre összpontosít, de a transzporterek molekulákat is mozgathatnak a megkönnyített diffúzió révén. A megkönnyített diffúzióhoz nincs szükség ATP-re, és lehetővé teszi azon molekulák számára, amelyek nem tudnak gyorsan átdiffundálni a membránon ( passzív diffúzió ), hogy koncentrációgradiensüket lefelé diffundálják ezeken a fehérjehordozókon keresztül. Az iontranszporterek elengedhetetlenek a sejt megfelelő működéséhez, ezért különféle módszerekkel vizsgálják őket a kutatók. Az alábbiakban néhány példát mutatunk be a sejtszabályozásra és kutatási módszerekre. [3]
Az iontranszporterek szupercsaládjába 12 család tartozik [4] . Ez a családfelosztás a Nemzetközi Biokémiai és Molekuláris Biológiai Unió által használt Transport Classification (TC) rendszer része; A fehérjéket olyan jellemzők alapján csoportosítjuk, mint a szállított szubsztrátok, a szállítási mechanizmus, a felhasznált energiaforrás, valamint az egyes fehérjéket alkotó aminosav-szekvenciák összehasonlítása. A legfontosabb egyesítő tényező a szubsztrát töltöttsége, amely inkább egy ion transzportját jelzi, mint a semleges részecskéket. Az iontranszporterek jelentősen eltérnek az ioncsatornáktól: a csatornák a membránon áthaladó pórusok, míg a transzporterek olyan fehérjék, amelyeknek alakot kell változtatniuk ahhoz, hogy kinyíljanak, emiatt a transzporterek sokkal lassabban mozgatják a molekulákat, mint a csatornák.
Az elektrokémiai gradiens vagy koncentrációgradiens egy kémiai molekula vagy ion koncentrációjának különbsége két különálló régióban. Egyensúlyi állapotban az ionkoncentrációk mindkét régióban egyenlőek lesznek, így ha koncentrációkülönbség van, az ionok hajlamosak "lefelé" áramlani a koncentrációgradiensen – vagyis a magasról az alacsonyra. Az ioncsatornák lehetővé teszik, hogy bizonyos ionok, amelyek belépnek a csatornába, lefolyjanak a koncentrációgradiensükön, kiegyenlítve a koncentrációkat a sejtmembrán mindkét oldalán. Az ioncsatornák és az iontranszporterek ezt elősegített diffúzióval érik el, ami a passzív transzport egyik formája. Azonban csak az iontranszporterek képesek aktív transzportot is végrehajtani , amely magában foglalja az ionok koncentrációgradiensük ellen való mozgatását energiaforrások, például ATP segítségével. Ezeket az ionokat a másodlagos transzporterek vagy más fehérjék energiaforrásként használhatják fel. [5]
Az elsődleges transzporterek energiát használnak fel ionok, például Na + , K + és Ca 2+ átszállítására a sejtmembránon, és koncentrációgradienseket hozhatnak létre. Ez a transzport felhasználhatja az ATP-t energiaforrásként, vagy felhasználható ATP előállítására olyan módszerekkel, mint például az elektrontranszport lánc a növényekben. [5] Ez a transzport felhasználhatja az ATP-t energiaforrásként, vagy felhasználható ATP előállítására olyan módszerekkel, mint például az elektrontranszport lánc a növényekben. [5]
Aktív szállítókAz ATP-t használó transzporterek koncentrációgradiens formájában alakítják át az ATP energiáját potenciális energiává. Az ATP-t használva mozgatják az ionokat egy alacsony koncentrációjú területről egy magasabb koncentrációjú területre. Példák az ATP-t használó fehérjékre: P-típusú ATP-ázok, amelyek Na + - , K + - és Ca2 +-ionokat szállítanak foszforilációval ; Anionokat hordozó A-típusú ATP-ázok; ABC transzporterek (ATP-kötő kazettás transzporterek), amelyek a molekulák széles skáláját szállítják. P-típusú ATP-áz például a Na + /K + -ATPáz , amelyet a Janus kináz 2 [6] , a Ca 2+ , ATPáz és az ADP-re és ATP-re érzékeny Ca 2+ -ATPáz szabályoz. koncentrációk. A P-glikoprotein egy példa az ABC transzportra, amely megköti a fehérjéket az emberi szervezetben.
ATP-termelő transzporterekAz ATP-t termelő transzporterek az ATP-t használó transzporterekkel ellentétes irányban működnek. Ezek a fehérjék a magastól az alacsony koncentrációig szállítanak ionokat, de közben ATP képződik. Így a potenciális energiát koncentrációgradiens formájában használják fel az ATP előállítására. Állatoknál ez az ATP-szintézis a mitokondriumokban megy végbe az F-típusú ATP-áz , más néven ATP-szintáz segítségével . Ez a folyamat az elektrontranszport láncot használja az oxidatív foszforilációnak nevezett folyamatban . A V-típusú ATPáz az F-típusú ATP-áz ellentétes funkcióját látja el, és növényekben használják az ATP hidrolizálására protongradiens létrehozása érdekében. Példák erre a lizoszómák, amelyek a V-típusú ATPázt használják növényi vezikulák vagy vakuolák savanyítására a kloroplasztiszokban zajló fotoszintézis folyamata során. Ez a folyamat különféle módszerekkel szabályozható, például a pH-val. [7]
A másodlagos transzporterek ionokat (vagy kis molekulákat) is szállítanak az alacsonytól a magasig terjedő koncentrációgradiens ellenében, de az elsődleges transzporterekkel ellentétben, amelyek ATP-t használnak koncentrációgradiens létrehozására, az elsődleges transzporterek által létrehozott koncentrációgradiensből származó potenciális energiát használják fel az ionok szállítására. Például a vékonybélben és a vesékben található nátrium-függő glükóz transzporter a nátrium-kálium pumpa által a sejtben létrehozott nátrium-gradiens segítségével (ahogy fentebb említettük) a glükózt a sejtbe juttatja. Ez akkor történik, amikor a nátrium leáramlik a koncentrációgradiensen, elegendő energiát biztosítva ahhoz, hogy a glükózt a koncentrációgradiensen belül visszaszorítsa a sejtbe. A vékonybél és a vesék számára fontos a glükózvesztés megelőzése. A szimporterek , mint például a nátrium-glükóz szimporter, egy iont a koncentráció gradiensével szállítanak, és megkötik a második molekula szállítását ugyanabba az irányba. Az antiporterek az egyik molekula koncentráció-gradiensét is felhasználják arra, hogy egy másikat feljebb vigyenek a koncentrációgradiensen, de a megkötött molekula az ellenkező irányba szállítódik. [5]
Az iontranszporterek többféleképpen szabályozhatók, például foszforiláció, alloszterikus gátlás vagy aktiválás, valamint az ionkoncentrációra való érzékenység. Ha protein -kinázt használunk foszfátcsoport vagy foszfatázok hozzáadására a fehérje defoszforilálására, ez megváltoztathatja a transzporter aktivitását. Az, hogy egy fehérjét aktiválni vagy gátolni fog-e egy foszfátcsoport hozzáadása, az az adott fehérjétől függ. Az alloszterikus gátlásban egy szabályozó ligandum kötődhet egy szabályozó helyhez, és vagy gátolja vagy aktiválja a transzportert. Az iontranszportereket az oldatban lévő ionok (nem feltétlenül az általuk hordozott) koncentrációja is szabályozhatja. Például az elektrontranszport láncot a H + (pH) ionok oldatban való jelenléte szabályozza. [5]
A lokális potenciálbilincs módszer egy elektrofiziológiai módszer, amellyel a sejtekben lévő csatornákat és hordozókat vizsgálják a rajtuk átfolyó áram monitorozásával. Ezt a módszert Hodgkin és Huxley fejlesztette ki, mielőtt a csatornák és szállítószalagok létezése ismertté vált. [1] [8]
A röntgendiffrakciós elemzés egy praktikus eszköz, amely lehetővé teszi a fehérjék szerkezetének megjelenítését, de ez csak egy pillanatfelvétel egyetlen fehérje konformációjáról. A transzportfehérjék szerkezete lehetővé teszi a kutatóknak, hogy jobban megértsék, hogyan és mit tesz a transzporter a molekulák membránon való átmozgatása érdekében. [9]
Ezt a módszert a lipidek vagy fehérjék membránban való diffúziójának nyomon követésére használják. Hasznos a sejtben lévő transzporterek mobilitásának, valamint a sejtmembránban lévő lipiddoménekkel és lipid tutajokkal való kölcsönhatásának jobb megértéséhez.
Egy módszer, amelyben fluoreszcenciát használnak két fehérje közötti távolság követésére. A transzporterek más sejtfehérjékkel való kölcsönhatásának tanulmányozására használják [1]
| Ionos transzporterek |
|---|
| Neurotranszmitter transzporter |
| Glutamát transzporter |
| Monoamin transzporter |
| GABA szállítók |
| Glicin transzporterek |
| Egyensúlyi nukleozid transzporterek |
| A plazmamembrán Ca 2+ -ATPáza |
| nátrium-kalcium cserélő |
| Nátrium-klorid egyszerűsítő |