Определение транспортного белка
Транспортные белки – это белки, которые транспортируют вещества через биологические мембраны. Транспортные белки находятся внутри самой мембраны, где они образуют канал или несущий механизм, чтобы позволить их подложка переходить с одной стороны на другую.
Вещества, переносимые этими белками, могут включать ионы, такие как натрий и калий; сахара, такие как глюкоза; белки и молекулы-мессенджеры; и многое другое.
Транспортные белки обычно осуществляют два вида транспорта:облегченная диффузия ”, Где транспортный белок просто создает отверстие для вещества, чтобы распространять вниз его градиент концентрации ; а также “активный транспорт,” где клетка расходует энергию, чтобы переместить вещество против градиента его концентрации.
Функция транспортного белка
Жизнь, как мы знаем, зависит от способности клеток избирательно перемещать вещества, когда им это необходимо. Определенные важные молекулы, такие как ДНК, должны постоянно находиться внутри клетки; но другие молекулы, такие как ионы, сахара и белки, возможно, должны пройти внутрь и наружу, чтобы клетка функционировала должным образом.
Каждый транспортный белок предназначен для транспортировки определенного вещества по мере необходимости. Например, некоторые канальные белки открываются только тогда, когда они получают правильный сигнал, позволяя веществам, которые они транспортируют, течь по требованию. Точно так же активные переносчики часто могут быть «включены и выключены» молекулами мессенджера.
Перемещая вещества через мембраны, транспортные белки делают возможным все – от нервных импульсов до клеточного метаболизма.
Без транспортных белков, например, градиент натрия-калия, который позволяет нашим нервам срабатывать, не существовал бы.
Типы транспортных белков
Каналы / Поры
Как следует из их названия, белки «канала» или «поры» открывают отверстия в мембране клетки.
Эти белки характеризуются тем, что они открыты как для внутриклеточного, так и для внеклеточного пространства одновременно. Напротив, белки-носители открыты только внутри или снаружи клетки в любой момент времени.
Каналы или поры обычно сконструированы так, что через них может проходить только одно конкретное вещество.
Например, в ионно-управляемых каналах напряжения часто используются заряженные аминокислоты, расположенные на точных расстояниях, чтобы привлечь их желаемый ион, отталкивая все остальные. Затем желаемый ион может течь через канал, тогда как другие вещества не могут.
Ионные каналы, управляемые напряжением, являются хорошими примерами транспортных белков, которые действуют по мере необходимости. Часто обнаруживаемые в нейронах, управляемые напряжением ионные каналы открываются в ответ на изменения электрохимического потенциала мембраны.
В закрытом состоянии управляемый напряжением канал не позволяет ионам проходить через клеточная мембрана, Но когда он открыт, он позволяет огромным количествам ионов проходить очень быстро, позволяя клетке быстро менять свой мембранный потенциал и запускать нервный импульс.
Белки-носители
Белки-носители представляют собой транспортные белки, которые открыты только с одной стороны мембраны одновременно.
Они часто проектируются таким образом, потому что они транспортируют вещества против градиента их концентрации. Одновременное открывание по обе стороны мембраны может позволить этим веществам просто течь обратно вдоль градиента концентрации, сводя на нет белок-носитель Работа
Для выполнения своей работы белки-носители обычно используют энергию для изменения формы.
Например, натриево-калиевая помпа использует энергию АТФ, чтобы изменить свою форму с открытой на внутриклеточную. решение, чтобы быть открытым для внеклеточного раствора. Это позволяет ему собирать ионы внутри клетки и выпускать их снаружи, а затем наоборот.
Другие белки-носители могут использовать другие источники энергии, такие как существующие градиенты концентрации, для достижения «вторичного активный транспорт «. Это означает, что их транспорт стал возможен благодаря энергии, расходуемой клеткой, но сам белок не использует АТФ напрямую.
Как это возможно? Эти белки-носители часто используют энергию одного вещества, которое «хочет» снизить свой градиент концентрации, чтобы изменить свою форму. Такое же изменение формы позволяет ему транспортировать вещество, которое «не хочет» перемещаться одновременно.
Хорошим примером является транспортный белок натрий-глюкоза, который использует градиент концентрации натрия, первоначально созданный натриево-калиевым насосом, для перемещения глюкозы против градиента концентрации.
Мы обсуждаем натрий-калиевый насос и натрий-глюкозный транспортный белок подробно ниже.
Примеры транспортных белков
Натриево-калиевый насос
Наиболее известным примером первичного активного транспортного белка является натриево-калиевая помпа. Именно этот насос создает ионный градиент, который позволяет нейронам срабатывать.
Натриево-калиевая помпа начинается с натриевых сайтов связывания, обращенных внутрь клетки. Эти сайты привлекают ионы натрия и удерживают их.
Когда каждый из трех сайтов связывания натрия связывает ион натрия, белок связывается с молекула АТФ, и разбивает его на ADP + фосфатная группа, Белок использует энергию, выделяемую в этом процессе, чтобы изменить форму.
Теперь сайты связывания натрия сталкиваются с внеклеточным раствором. Они выделяют три иона натрия вне клетки, в то время как сайты связывания белка с калием связываются с двумя ионами калия.
Когда оба калий-связывающих сайта заполнены, белок возвращается к своей первоначальной форме. Теперь ионы калия высвобождаются внутри клетки, и пустые сайты связывания натрия могут связывать больше ионов натрия.
Когда наступает время для срабатывания нервной клетки, сильные электрические и химические градиенты позволяют клетке производить огромное мгновенное изменение, открывая свои управляемые напряжением ионные каналы.
Натрий-глюкоза транспортные белки
Белок транспорта натрия-глюкозы использует вторичный активный транспорт для перемещения глюкозы в клетки. Они активны в клетках кишечника и почек, которые должны перемещать глюкозу в системы организма против градиента концентрации.
Эта операция требует энергии, потому что рассматриваемые клетки имеют более высокую концентрацию глюкозы, чем внеклеточной жидкости, Следовательно, глюкоза не сможет самостоятельно диффундировать в клетки; энергия должна быть приложена.
В этом случае энергия поступает из градиента концентрации натрия. Благодаря действию натриево-калиевого насоса, натрий находится вне клетки гораздо больше, чем внутри нее. Таким образом, существует сильный градиент концентрации, способствующий движению натрия в клетку.
Этот градиент концентрации можно рассматривать как тип «запасенной энергии». Натриево-калиевый насос забирает энергию из АТФ и превращает ее в градиент концентрации, который затем может быть использован для других целей, таких как транспортный белок натрий-глюкоза.
Закрытые ионные каналы в улитке
Закрытые ионные каналы пассивный транспорт белки, которые открываются в ответ на конкретные раздражители. Возможно, вы знакомы с ионно-управляемыми ионными каналами, такими как те, которые вызывают срабатывание наших нейронов в ответ на сигналы, поступающие от других нейронов.
Менее известными являются стробированные ионные каналы улитки, которые открываются механическим давлением вместо изменений напряжения. Эти замечательные ионные каналы позволяют нервам нашего внутреннего уха срабатывать в ответ на вибрации звука. Вот как мы слышим.
В улитке специальные клетки, называемые «волосковыми клетками», отвечают за наш слух. «Внешние волосковые клетки» колеблются в ответ на звуковые волны, усиливая их вибрации.
Внутренние волосковые клетки, с другой стороны, имеют особую работу. В ответ на эти вибрации они открывают ионные каналы в своих клеточных мембранах и освобождают нейротрансмиттеры, как это делает нейрон.
Эти нейротрансмиттеры вызывают укол соседних нервов. И вот как звук преобразуется в нервные импульсы!
- Активный транспорт – Транспорт веществ через биологические мембраны, что требует от клетки расходовать энергию.
- Закрытый ионный канал – Белок, который позволяет ионам проходить, когда открыт, который открывается в ответ на определенный стимул.
- Пассивный транспорт – Транспорт веществ через биологические мембраны, который происходит естественным путем, без необходимости тратить энергию.
викторина
1. Почему это называется «облегченный диффузия ?»A. Поскольку вещество естественным образом диффундирует вниз по своему градиенту концентрации, без помощи транспортного белка.B. Потому что вещество требует транспортного белка для расходования энергии, чтобы облегчить его движение.C. Потому что вещество естественным образом диффундирует вниз по градиенту концентрации, но ему помогает белок, который открывает канал или пору в клеточной мембране, через которую он может проходить.D. Потому что вещество пытается диффундировать, но останавливается клеточной мембраной.
Ответ на вопрос № 1
С верно. При облегченной диффузии транспортные белки «облегчаются», открывая каналы или поры в непроницаемой для других клеточной мембране.
2. В чем разница между первичным и вторичным активным транспортом?A. Первичный активный транспорт использует белки-носители, тогда как вторичный активный транспорт использует белки-каналы.B. Первичный активный транспорт может транспортировать только одно вещество за раз, тогда как вторичный активный транспорт может транспортировать два.C. Первичный активный транспорт требует энергии; вторичного активного транспорта нет.D. Первичные активные транспортные белки используют АТФ напрямую. Вторичные активные транспортные белки используют энергию, которая получается из других АТФ-зависимых процессов.
Ответ на вопрос № 2
D верно. Все виды активного транспорта требуют от клетки расходовать энергию. Первичные активные транспортные белки берут энергию непосредственно из АТФ; вторичные активные транспортные белки используют энергию от процессов, происходящих из АТФ.
3. Что из перечисленного НЕ является примером активного транспорта?A. Натриево-калиевый насос перемещает натрий и калий как против градиента их концентрации.B. Ионные каналы волосковых клеток открываются в ответ на давление, позволяя ионам проходить через них.C. Транспортер натрия-глюкозы использует градиент концентрации натрия для перемещения глюкозы в клетку.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 3
В верно. Ионные каналы являются формой пассивного транспорта; они позволяют ионам двигаться вниз по градиенту концентрации, что не требует затрат энергии.
Ссылки
- Холл, Джон Е .; Guyton, Arthur C. (2006). Учебник медицинского физиология, Сент-Луис, Мо: Elsevier Saunders. ISBN 0-7216-0240-1
- Lever, J.E. (1992). Клеточная и молекулярная биология Na / глюкозы Symport. Мембранный транспорт в биологии, 56-72. DOI: 10.1007 / 978-3-642-76983-2_2