A sejtmembrán szállítási csatornái és fehérjei
• A membránszállító fehérjék két fő típusa van: csatornák és hordozók
• Az ioncsatornák katalizálja az ionok gyors és szelektív szállítását az elektrokémiai gradiens mentén
• A szállítószalagok és szivattyúk olyan hordozófehérjék, amelyek energiát igényelnek az elektrokémiai gradienssel szembeni anyagok szállítására
• Minden sejtben több különböző membránszállító fehérje egy egységként működik
A szállítási fehérjék egy része a plazmamembránban van, míg mások a sejtszervezetek membránjának részei. Az intracelluláris környezet és a sejtrétegek bizonyos összetételének fenntartása érdekében szükséges, hogy a közlekedési fehérjék szelektivitást mutatnak bizonyos metabolitok tekintetében. A szállítási folyamat természetétől függően a membránszállító fehérjék két csoportra oszthatók: csatornák és hordozók.
A ductális fehérjék olyan pórusokat tartalmaznak, amelyeken keresztül nyitott csatornán keresztül a metabolitok magas arányban haladnak keresztül. A hordozófehérje a membrán egyik oldalán elhelyezkedő metabolitot köti össze, majd konformációja megváltozik, és a metabolit felszabadul a membrán másik oldaláról.
Többféle fehérje létezik. formázó csatornák membránokban. A prokarióták sejtjeiben jelen lévő porinok, a mitokondriumok és a nexusok, amelyekben a szomszédos sejtek citoplazma kapcsolódik, biztosítják a metabolitok molekulák méretének megfelelő átjutását.
A védett fehérje szekciója. amelyen a transzmembrán transzport végbemegy, néha csatorna. A csatorna több különböző konfigurációban is megvalósítható. Egyes csatornák egyetlen fehérjét tartalmaznak, amelynek transzmembrán szegmensei pórusokat képeznek. Mások oligomerek formájában léteznek, amelyek azonos vagy különböző alegységekből állnak, amelyek együtt pórusokat alkotnak.
Végül vannak csatornák. Ezek két vagy több alegységből állnak, amelyek mindegyike maga az idő. Gyakran a csatorna oligomerek komplexeit szabályozzák vagy elhelyezik bizonyos membránokon, amelyek további alegységeket tartalmaznak.
A legtöbb csatornafehérje nagy szelektivitást mutat bizonyos metabolitok, például nátriumionok (Na +), kálium (K +), kalcium (Ca2 +), klorid (Cl-) vagy víz esetében. Más csatornafehérjék nem szelektív kationos vagy anionos csatornák. Amint azt a későbbiekben bemutatjuk, a specifikus csatornafehérjék tulajdonságainak figyelembevételével pórusainkat bizonyos szerkezeti jellemzők jellemzik, vagyis szelektív szűrő, amely lehetővé teszi számukra, hogy szelektivitást mutasson a különböző metabolitok tekintetében.
A póruscsatornákon a maximális sebességgel diffúz feloldott metabolitok,
és a hordozók kötik a metabolitot a membrán egyik oldalán, majd konformációs változásokon mennek keresztül, és felszabadítják a másik oldaltól.
Ez a folyamat sokkal lassabb.
Az oldott anyagok ionsének áramlását a csatornán keresztül elektrokémiai gradiens határozza meg. Más szavakkal, a metabolitok az energetikailag kedvező irányba mozognak, azaz az elektrokémiai gradienssel. Például az alábbi ábrán vázlatosan ábrázolt nyugvó sejt esetében a Na +, a Ca2 +, a Cl-csatornákon és a K + csatornákon áthaladó ellenkező ionon ionionált ionáram van.
Mivel más energiaforrások. kivéve az elektrokémiai gradienseket, ebben az esetben nem használják, akkor ezt a típusú szállítást passzívnak nevezik. A duktilis fehérjék nagy sebességet biztosítanak. Így az ioncsatornák esetében a sebesség 108 másodperc alatt van, ami közel van az ionok maximális diffúziós sebességéhez a vizes közegben.
A szállítási membránfehérjék különféle sejtfunkciókat irányítanak a kapu mechanizmusával. Ez a mechanizmus a fehérje konformációs változásainak indukálására épül, egy adott inger hatására válaszul. Ezek a változások a csatorna megnyitásához vagy lezárásához vezetnek. Például az ioncsatornák nyitását és zárását ligandumok, az elektromos potenciál nagysága, mechanikai vagy termikus hatások szabályozzák. A csatornák aktiválása nagyon gyorsan megtörténhet, ami ideális eszköz a bejövő jelek cellába történő feldolgozásához.
Például az idegimpulzus átvitele az elektromos töltés függvénye, amelyet a membrán ioncsatornája hoz létre. A csatornák fontos szerepet játszanak a sejtek térfogatának és az intracelluláris pH-nak szabályozásában, a sók és a víz átvitelében hámsejteken keresztül, az intracelluláris organellák savanyításában és az extracelluláris jelátvitelben.
A transzporterek három típusba vannak sorolva, amelyek mindegyike az egyik transzfertípust végzi: uniport, simport vagy antiport.
Az elektrokémiai gradiens iránya a membránon keresztül látható.
A hordozófehérje típusától függően a szállítás a gradiens irányába (nagy koncentrációtól kezdve alacsonyabbig) vagy szemben állhat.
Ha szubsztrátumokat viszünk fel koncentráció gradienssel szemben, a hordozófehérjék az elektrokémiai gradiens, az ATP vagy más források szabad energiáját használják. Mivel ez energiát fogyaszt, a folyamatot aktív közlekedésnek hívják. A fehérje vektorok két csoportra oszthatók, szállítószalagok és szivattyúk.
A hordozóknak a membránon történő szállításához a szállítószalagok az elektrokémiai gradiens energiáját használják. Uniporters, szimporter (vagy társ-hordozók) és antiporters (kicserélők). Az energiafüggő metabolitok szállítása esetén a membránszivattyúk például az ATP hidrolízisével felszabadított energiát használnak. A csatornafehérjékkel összehasonlítva a hordozókat lassúbb szállítási sebesség jellemzi, amelynek mennyisége 1000 molekula / másodperc.
Kétféle aktív közlekedés létezik. elsődleges és másodlagos. Az elsődleges aktív transzportot végző fehérjék hordozók ATP-t használnak energiaforrásként és közlekedési metabolitokként elektrokémiai gradienssel szemben. Így segítenek a gradiens fenntartásában a metabolitok koncentrációjában a sejtmembrán mindkét oldalán. A Ca2 + -ATPáz és a Na + / K + -ATPáz a szállítószivattyúk tipikus példái, amelyek vezérlik az elsődleges aktív szállítási folyamatot.
Transzfer fehérje. amelyek részt vesznek a másodlagos aktív közlekedésben, nem közvetlenül használják az ATP energiáját. Ehelyett az elektrokémiai gradiens szabad energiáját használják, amely az elsődleges aktív transzportból származik. A másodlagos aktív közlekedés a szimpatikusok és az antiportőrök részvételével valósul meg. A metabolitok szállítási mechanizmusai az alábbi ábrán láthatók.
A sejtben minden típusú membránszállító fehérje csatornák. szállítószalagok és szivattyúk együtt működnek. Így bármelyik közlekedési fehérje munkája mások munkáján múlik. Ebben a fejezetben számos példát fogunk megvizsgálni a közlekedési fehérjék ilyen kölcsönhatásáról. Például a membrán mindkét oldalán lévő ion-gradienseket a különböző típusú transzportfehérjék komplex kölcsönhatása támogatja. A hámsejtek, például a vesék, a bélnyálkahártya és a tüdő megfelelő működéséhez különböző ionokat és metabolitokat tartalmazó szállítási folyamatok folynak. Figyelembe fogjuk venni a közlekedési zavarok szerepét is a különböző betegségek kialakulásában.
