Котранспортер - Cotransporter

Котранспортеры - это подкатегория мембранных транспортных белков (переносчиков), которые сочетают благоприятное движение одной молекулы с ее градиентом концентрации и неблагоприятное движение другой молекулы против ее градиента концентрации. Они обеспечивают котранспорт (вторичный активный транспорт) и включают антипортеры и симпортеры . В общем, котранспортеры состоят из двух из трех классов интегральных мембранных белков, известных как переносчики, которые перемещают молекулы и ионы через биомембраны. Унипортеры также являются переносчиками, но перемещают только один тип молекул вниз по градиенту его концентрации и не классифицируются как котранспортеры.

Основное различие между котранспортерами, известными как антипортеры и симпортеры, и унипортером.

Фон

Котранспортеры способны перемещать растворенные вещества либо вверх, либо вниз по градиенту со скоростью от 1000 до 100000 молекул в секунду. Они могут действовать как каналы или переносчики, в зависимости от условий, в которых они исследуются. Движение происходит за счет связывания с двумя молекулами или ионами одновременно и использования градиента концентрации одного растворенного вещества, чтобы заставить другую молекулу или ион противодействовать его градиенту. Некоторые исследования показывают, что котранспортеры могут функционировать как ионные каналы, что противоречит классическим моделям. Например, переносчик HKT1 пшеницы демонстрирует два способа переноса одного и того же белка.

Котранспортеры можно разделить на антипортеры и симпортеры . Оба используют электрический потенциал и / или химические градиенты для перемещения протонов и ионов против их градиента концентрации. У растений протон считается вторичным веществом, и высокая концентрация протонов в апопласте способствует движению внутрь определенных ионов симпортерами. Протонный градиент перемещает ионы в вакуоль по антиносителю протона-натрия или антиноситель протона-кальций. В растениях перенос сахарозы распределяется по растению с помощью протонного насоса, где насос, как обсуждалось выше, создает градиент протонов, так что на одной стороне мембраны их намного больше, чем на другой. Когда протоны диффундируют обратно через мембрану, свободная энергия, высвобождаемая в результате этой диффузии , используется для совместного транспорта сахарозы. У млекопитающих глюкоза транспортируется через натрийзависимые переносчики глюкозы, которые в этом процессе используют энергию. Здесь, поскольку и глюкоза, и натрий транспортируются через мембрану в одном направлении, они будут классифицированы как симпортеры. Система транспортера глюкозы была впервые выдвинута доктором Робертом К. Крейном в 1960 году, это обсуждается далее в статье.

История

Доктор Роберт К. Крейн и его набросок парного транспорта

Доктор Роберт К. Крейн , выпускник Гарварда, довольно давно работал в области биохимии углеводов. Его опыт в области биохимии глюкозо-6-фосфата , связывания углекислого газа, гексокиназы и исследований фосфатов привел его к гипотезе о котранспорте глюкозы вместе с натрием через кишечник. На фото справа доктор Крейн и его рисунок котранспортерной системы, который он предложил в 1960 году на международной встрече по мембранному транспорту и метаболизму. Его исследования были подтверждены другими группами и теперь используются в качестве классической модели для понимания котранспортеров.

Механизм

И антипортеры, и симпортеры транспортируют два или более разных типа молекул одновременно в связанном движении. Энергетически невыгодное движение одной молекулы сочетается с энергетически выгодным движением другой молекулы (-ей) или иона (-ов), чтобы обеспечить энергию, необходимую для транспорта. Этот тип транспорта известен как вторичный активный транспорт и обеспечивается энергией, полученной из градиента концентрации ионов / молекул через мембрану, в которую интегрирован белок котранспортера.

Котранспортеры претерпевают цикл конформационных изменений , связывая движение иона с его градиентом концентрации (движение вниз) с движением котранспортированного растворенного вещества против его градиента концентрации (движение вверх). В одной конформации белок будет иметь сайт связывания (или сайты в случае симпортеров), открытый с одной стороны мембраны. При связывании как молекулы, которая должна транспортироваться вверх, так и молекулы, которая должна транспортироваться вниз, произойдет конформационное изменение. Это конформационное изменение выставит связанные субстраты на противоположную сторону мембраны, где субстраты будут разъединяться. И молекула, и катион должны быть связаны, чтобы произошло конформационное изменение. Этот механизм был впервые представлен Олегом Ярдецким в 1966 году. Этот цикл конформационных изменений переносит только один ион субстрата за раз, что приводит к довольно низкой скорости переноса (от 10 ⁰ до 10 ⁴ ионов или молекул в секунду) по сравнению с другим транспортом. белки, такие как ионные каналы . Скорость, с которой происходит этот цикл конформационных изменений, называется скоростью оборота (TOR) и выражается как среднее количество полных циклов в секунду, выполняемых одной молекулой котранспортера.

Типы

антипортер

сторонник

Антипортеры

Антипортеры используют механизм котранспорта (соединение движения одного иона или молекулы вниз по его градиенту концентрации с транспортом другого иона или молекулы вверх по его градиенту концентрации), чтобы перемещать ионы и молекулу в противоположных направлениях. В этой ситуации один из ионов будет перемещаться из экзоплазматического пространства в цитоплазматическое пространство, а другой ион будет перемещаться из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство. Примером антипортера является обменник натрия-кальция . Функции теплообменника натрий-кальций , чтобы удалить избыток кальция из цитоплазмы пространства в exoplasmic пространстве против его градиента концентрации путем связывания его транспортировки с транспортировкой натрия из exoplasmic пространства вниз ее градиента концентрации (устанавливается активный транспорт натрия из ряда клетки натриево-калиевым насосом ) в цитоплазматическое пространство. Натрий-кальциевый обменник обменивает 3 иона натрия на 1 ион кальция и представляет собой антипортер катионов .

Клетки также содержат антипортеры анионов, такие как транспортный белок анионов Band 3 (или AE1). Это котранспортер является важным составным белком в млекопитающих эритроцитах и двигается хлорид - ион и ион бикарбоната в соотношении один-к-одному через плазматическую мембрану на основе только от градиента концентрации два ионов. Антипортер AE1 необходим для удаления углекислого газа, который превращается в бикарбонат внутри эритроцита.

Сторонники

В отличие от антипортеров симпортеры перемещают ионы или молекулы в одном направлении. В этом случае оба транспортируемых иона будут перемещаться либо из экзоплазматического пространства в цитоплазматическое пространство, либо из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство. Примером симпортера является транспортер, связанный с натрий-глюкозой, или SGLT. SGLT функционирует, чтобы связать транспорт натрия в экзоплазматическом пространстве вниз по градиенту его концентрации (опять же, установленному активным переносом натрия из клетки натрий-калиевым насосом ) в цитоплазматическое пространство с транспортом глюкозы в экзоплазматическом пространстве. пространство против градиента его концентрации в цитоплазматическом пространстве. SGLT связывает движение 1 иона глюкозы с перемещением 2 ионов натрия.

Примеры котранспортеров

Котранспортер Na ⁺ / глюкозы (SGLT1) - также известен как натрий-глюкозный котранспортер 1 и кодируется геном SLC5A1. SGLT1 является электрогенным переносчиком, поскольку электрохимический градиент натрия перемещает глюкозу вверх в клетки. SGLT1 представляет собой высокоаффинный котранспортер Na ⁺ / глюкозы, который играет важную роль в переносе сахара через эпителиальные клетки проксимальных канальцев почек и кишечника, в частности тонкого кишечника.

Na ⁺ / фосфатный котранспортер (NaPi) - Натрий-фосфатный котранспортер относится к семействам белков SLC34 и SLC20. Они также обнаруживаются в эпителиальных клетках проксимальных канальцев почек и тонкой кишки. Он переносит неорганический фосфат в клетки посредством активного транспорта с помощью градиента Na ⁺ . Подобно SGTL1, они классифицируются как электрогенные переносчики. NaPi, связанный с 3 ионами Na ⁺ и 1 двухвалентным Pi, классифицируется как NaPi IIa и NaPi IIb. NaPi, который сочетается с 2 Na ⁺ и 1 двухвалентным Pi, классифицируется как NaPi IIc.

Na ⁺ / I ^- симпортер (NIS) - йодид натрия - это тип симпортера, который отвечает за перенос йодида в щитовидной железе. NIS в основном обнаруживается в клетках щитовидной железы, а также в молочных железах. Они расположены на базолатеральной мембране фолликулярных клеток щитовидной железы, где 2 иона Na ⁺ и 1 ион I ^- связаны для переноса йодида. Активность NIS помогает в диагностике и лечении заболеваний щитовидной железы, включая очень успешное лечение рака щитовидной железы радиоактивным йодом после тиреоидэктомии.

Симпортер Na-K-2Cl - этот специфический котранспортер регулирует объем клетки, контролируя содержание воды и электролитов внутри клетки. Котранспортер Na-K-2Cl жизненно важен для секреции соли секреторными клетками эпителия наряду с реабсорбцией соли почками. Существуют две разновидности симпортера Na-K-2Cl, известные как NKCC1 и NKCC2. Котранспортный белок NKCC1 находится по всему телу, но NKCC2 находится только в почках и удаляет натрий, калий и хлориды, обнаруженные в моче организма, поэтому он может всасываться в кровь.

ГАМК-транспортер (GAT) - нейротрансмиттеры γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) являются членами семейства 6 растворенных переносчиков (SLC6) натрий- и хлорид-зависимых транспортеров рецепторов нейромедиаторов, которые расположены в плазматической мембране и регулируют концентрацию ГАМК в синаптическая щель . Ген SLC6A1 кодирует транспортеры ГАМК. Транспортеры являются электрогенными и объединяют 2 Na ⁺ , 1 Cl ^- и 1 ГАМК для перемещения внутрь.

K ⁺ Cl ^- симпортер - Семейство котранспортеров K ⁺ -Cl ^- состоит из четырех специфических симпортеров, известных как KCC1, KCC2, KCC3 и KCC4. Изоформы KCC2 является специфическим для нейрональной ткани и другие три можно найти в различных тканях по всему телу. Это семейство котранспортеров контролирует уровни концентрации калия и хлорида в клетках посредством комбинированного движения обменников K ⁺ / H ⁺ и Cl ^- / HCO3 ^- или посредством комбинированного движения обоих ионов из-за каналов, активируемых концентрацией. Четыре известных белка KCC объединяются в два отдельных подсемейства, где KCC1 и KCC3 спариваются вместе, а KCC2 и KCC4 становятся парой для облегчения движения ионов.

Сопутствующие заболевания

Таблица 1: Список болезней, связанных с транспортерами.

Смотрите также

• Симпортер Na-K-2Cl
• Котранспортер K-Cl
• Котранспортер натрия / фосфата
• Транспортные белки натрия и глюкозы
• Транспортер глюкозы
• Муковисцидоз

использованная литература