Определение белка-носителя

Белки-носители – это белки, которые переносят вещества с одной стороны биологической мембраны на другую. Многие белки-носители находятся в клетка Мембрана, хотя они также могут быть найдены в мембранах внутренних органелл, таких как митохондрии, хлоропласты, ядрышки и др.

Белки-носители и канальные белки являются двумя типами мембранно-транспортных белков.

В то время как канальные белки – это именно то, на что они похожи – белки, которые открывают каналы в клеточная мембрана позволяя молекулам течь внутрь и наружу вдоль их градиент концентрации – белки-носители открыты только с одной стороны рассматриваемой мембраны за один раз.

В то время как натриево-калиевый канал может просто открыться и позволить ионам течь с одной стороны на другую, например, белок-носитель, известный как натриево-калиевый насос, связывается с ионами на одной стороне мембраны, а затем меняет форму, чтобы нести их до другой стороны, не открывая канал.

Это делает белки-носители полезными для активный транспорт где вещество необходимо переносить против градиента концентрации в направлении, в котором оно обычно не течет.

Однако белки-носители также могут быть использованы для облегченная диффузия, форма пассивный транспорт.

Белки-носители обычно имеют «сайт связывания», который будет связываться только с тем веществом, которое они должны нести. Например, натриево-калиевый насос имеет сайты связывания, которые будут связываться только с этими ионами.

Как только белок-носитель связывается с достаточным количеством целевого вещества, белок меняет форму, чтобы «переносить» вещество с одной стороны мембраны на другую. Учебным примером этого процесса является действие натриево-калиевого насоса, показанное ниже:

Некоторые белки-носители не требуют никаких источников энергии, кроме диффузия градиент, что их подложка «Хочет» сдаться, превращая их в пассивный транспорт. Другим может потребоваться эн��ргия в форме АТФ, или они могут выполнять «вторичные активный транспорт ”, Где транспорт одного вещества против его градиента диффузии обеспечивается другим градиентом диффузии, который создается белками-носителями с использованием АТФ.

Мы обсудим примеры всего пассивного, активного и вторичного активного транспорта с использованием белков-носителей ниже в разделе «примеры».

Функция белка-носителя

Белки-носители являются одними из самых распространенных белков в мире, и некоторые из наиболее важных для поддержания жизни. Способность клетки выполнять жизненные функции зависит от ее способности поддерживать разницу между внутриклеточной и внеклеточной средой.

Вот где белки-носители входят.

В наших собственных телах действие всех наших нервных клеток обеспечивается натриево-калиевым градиентом, который создается натриево-калиевым насосом. Этот белок-носитель связывается с ионами натрия на одной стороне мембраны и ионами калия на другой стороне. Затем белок-носитель связывается с АТФ и использует энергию АТФ для прокачки этих ионов через клеточную мембрану в противоположных направлениях.

В конечном счете, именно этот градиент натрия-калия позволяет нашим нервным клеткам срабатывать, что позволяет нам двигаться, думать, воспринимать окружающий мир и даже заставлять биться сердца.

Белки-носители, которые транспортируют протоны через митохондриальную мембрану для создания градиента концентрации, также ответственны за создание большей части АТФ, вырабатываемого эукариотическими клетками. Митохондрии используют фермент АТФ-синтаза превратить энергию этого градиента концентрации в энергию АТФ.

Некоторые из общих целей, которым служат белки-носители, включают:

  • Создание ионных градиентов, которые позволяют нервным клеткам функционировать
  • Создание ионных градиентов, которые позволяют митохондриям функционировать
  • Создание ионных градиентов, которые позволяют хлоропластам функционировать в фотосинтез
  • Транспортировка больших молекул, таких как сахара и жиры, в и из клеток
  • Многие другие задачи, не перечисленные здесь

Типы белков-носителей

Активный транспорт

Активные транспортные белки-носители требуют энергии для перемещения веществ против градиента их концентрации. Эта энергия может поступать в форме АТФ, которая используется белком-носителем напрямую, или может использовать энергию из другого источника.

Многие активные белки-переносчики, такие как натриево-калиевый насос, используют энергию, запасенную в АТФ, для изменения своей формы и перемещения веществ через градиент их транспортировки.

Насосы, которые используют «вторичную активную транспортировку», иногда называют «сопряженными носителями». Эти насосы используют транспортировку «под гору» одного вещества, чтобы управлять транспортировкой «под гору» другого.

«Связанные носители», такие как натрий-глюкозный котранспортный белок, в конечном итоге стоят энергии клетки, потому что клетка должна использовать АТФ для поддержания градиента концентрации натрия, который этот носитель использует в качестве источника энергии. Но белок-носитель не использует АТФ напрямую.

Другие белки-носители, такие как те, которые находятся в бактерии и в органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты, могут использовать источники энергии непосредственно из окружающей среды, не требуя АТФ.

Облегченная диффузия

Белки-носители также могут переносить вещества в направлении «вниз», то есть переносить их вниз по градиенту концентрации, в направлении, в котором вещество «хочет» идти.

Одним из примеров является калийный носитель валиномицина, который связывается с ионами калия и меняет форму, высвобождая их на другой стороне мембраны.

Примеры белков-носителей

Натриево-калиевый насос

Натриево-калиевый насос использует АТФ для транспортировки ионов натрия и калия против их градиента транспортировки.

Белок связывается с ионами натрия внутри клетки, одновременно связываясь с ионами калия внутри клетки. Как только он связан с достаточным количеством ионов с обеих сторон, он связывается с молекула спс. Выпуская энергию, запасенную в АТФ, она меняет форму, чтобы переместить оба набора ионов на противоположную сторону мембраны.

Натриево-калиевая помпа имеет решающее значение для нервной функции животных и, по оценкам, использует около 20-25% всех АТФ в организме человека!

Это происходит потому, что нервные клетки срабатывают с использованием электрохимических сигналов – которые создаются путем перемещения заряженных частиц, то есть ионов натрия и калия, с одной стороны мембраны нервной клетки на другую очень быстро. Эти потенциалы могут быть созданы только в случае крайней разницы в концентрации между ионами натрия и калия внутри клеток и вне их.

Одна из причин, по которой такие болезни, как анорексия и холера, могут быть настолько опасными, заключается в том, что сильное обезвоживание или недоедание могут нарушить количество натрия и калия, доступных нашим клеткам, нарушая этот градиент. В крайних случаях эти ионные дисбалансы могут вызвать нервные клетки, которые питают наш сердце мышцы перестать работать.

Это также, почему болезни, которые влияют на почки, которые контролируют, как мы экспортируем или удерживаем ионы в нашей моче, могут быть опасными. Например, редким побочным эффектом диабета является гипокалиемия – недостаточно калия в организме. кровь, который может нарушить работу нервных клеток, ведущих сердце мускул.

Глюкоза-Натрий Котранспорт

Глюкозно-натриевый котранспортный белок является хорошим примером белка, который использует «вторичный активный транспорт,« косвенно »используя АТФ.

В приведенном выше примере мы обсуждали, как клетка использует АТФ для поддержания градиентов натрия и калия между внутренней и внешней частью клетки. Как правило, клетки стараются поддерживать более высокую концентрацию натрия снаружи и более высокую концентрацию калия внутри.

Таким образом, для питания глюкозно-натриевого насоса клетка пропускает пару ионов натрия вместе с глюкозой. Белок-носитель связывается как с молекулой глюкозы, которая «не хочет» перемещаться внутри клетки, так и с двумя ионами натрия, которые хотят снизить свой градиент концентрации в клетке.

Энергия ионов натрия, «желающих» попасть в клетку, преодолевает устойчивость к глюкозе, и все три частицы вместе перемещаются в клетку.

Это означает больше работы для натриево-калиевого насоса в клеточной мембране, который должен будет использовать АТФ для откачки натрия обратно, чтобы сохранить этот жизненный градиент. Но глюкозно-натриевый котранспортный белок сам по себе не использует АТФ – он лишь косвенно использует энергию АТФ.

Этот тип вторичного активного транспорта называется «symport», от греческих слов «sym» для «вместе» и «порт» для «транспорта». Symport транспортирует два вещества вместе в одном направлении, чтобы гарантировать, что они оба транспортируются.

Валиномицин: пассивный транспортный носитель

Валиномицин – это белок, который связывается с калием и переносит его через клеточную мембрану вниз по градиенту концентрации в направлении, в котором калий «хочет» двигаться.

Он обнаружен в клеточных мембранах стрептококковых бактерий, которые используют его, когда хотят «вывести» калий из своих клеток. Его высокая степень селективности в отношении калия только дает ему преимущество перед другими средствами для осуществления этого транспорта, который может с большей вероятностью перемещать другие ионы, такие как натрий.

Если вы думаете, что «валиномицин» звучит как название антибиотика, вы правы! Валиномицин также используется в качестве антибиотика для борьбы с бактериями, такими как стрептококк, потому что искусственное введение его в бактерии может разрушить их электрохимический градиент.

По той же причине валиномицин также может быть мощным нейротоксином: если он попадает в нервные клетки, он может также опасно нарушать градиент натрия и калия!

  • Активный транспорт – Транспорт, который перемещает вещество против градиента концентрации и требует от клетки расходовать энергию для выполнения этой задачи.
  • Мембранный белок – белок, найденный в мембране клетки, который обычно имеет гидрофильный а также гидрофобный домены для прочного закрепления себя относительно внутренней части гидрофобной мембраны и гидрофильной внутриклеточной и внеклеточной жидкости,
  • Пассивный транспорт – Транспорт, который перемещает вещество вниз по градиенту концентрации. Пассивный транспорт не требует затрат энергии, поскольку он перемещает вещества в направлении, в котором они «хотят» двигаться.

викторина

1. Что из нижеперечисленного НЕ является разницей между белками-носителями и белками каналов?A. Канальные белки открыты с обеих сторон мембраны одновременно, тогда как белки-носители открыты только с одной стороны мембраны одновременно.B. Канальные белки позволяют веществам свободно проходить через них, в то время как белки-носители имеют сайты связывания для определенных атомов и молекул.C. Канальные белки выполняют пассивный транспорт, в то время как белки-носители осуществляют активный транспорт.D. Ни один из вышеперечисленных.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Хотя белки-носители способны выполнять активный транспорт, они также могут выполнять пассивный транспорт. Валиномицин, например, пассивно транспортирует калий по градиенту концентрации. Он используется вместо канала, потому что он очень избирателен и транспортирует только ионы калия.

2. Что из нижеперечисленного НЕ является примером белка-носителя?A. Натрий-калий канальный белок,B. Протонный насос в мембране хлоропласт,C. Бактериодопсин.D. Все вышеперечисленное.

Ответ на вопрос № 2

верно. В то время как натрий-калиевый насос является белком-носителем, натриево-калиевый канал – это другой белок, который, как следует из названия, является канальным белком, а не белком-носителем!

3. Что из нижеперечисленного НЕ относится к белкам-носителям?A. Они претерпевают изменения формы, чтобы перемещать вещества с одной стороны мембраны на другую.B. Они открыты с обеих сторон клеточной мембраны одновременно.C. Они могут связываться с более чем одним целевым веществом.D. Они будут перевозить любое вещество подходящего размера, формы или заряда.E. B и D.

Ответ на вопрос № 3

Е верно. В то время как белки-носители могут связываться с более чем одним целевым веществом – таким как натриево-калиевая помпа или натрий-глюкозный котранспортный белок – их сайты связывания очень специфичны. Например, сайты связывания на натриево-калиевом насосе должны различать ионы натрия и калия, чтобы они транспортировали каждый в правильном направлении! Это требует высокой степени специфичности, поскольку натрий и калий – это небольшие положительно заряженные ионы.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *