Транспортные белки

Что это такое

Мембранные белки-переносчики —  это белки, расположенные в клеточной мембране, составляющие сложную сеть каналов, насосов и трансмембранных систем, транспортирующих питательные вещества, продукты метаболизма, токсические вещества, макромолекулы, сигнальные молекулы, электроны и многие другие клеточные компоненты, определяя при этом их функцию, молекулярный состав и энергетическое состояние клеток. 

Как правило, они делятся на каналы, активные первичные транспортеры и активные вторичные транспортеры. Каналы функционируют как селективные поры, которые открываются в ответ на химические или электрофизиологические стимулы, позволяя растворенным веществам проходить по электрохимическому градиенту. Активные первичные транспортеры, также называемые насосами, используют энергозатратные процессы для перемещения вещества против градиента концентрации; этот процесс называется активным транспортом. Наконец, активные вторичные переносчики перемещают растворенное вещество вниз по градиенту либо сами по себе, либо в сопровождении движения другой молекулы через мембрану; это называется котранспортом, который может быть с градиентом или против него. 

Транспорт через клеточную мембрану

Синтез мембраны был последним эволюционным событием, позволившим зародиться клеткам.

Абсолютно все клеточные мембраны представляют собой барьеры, препятствующие свободному прохождению ионов и молекул внутрь и наружу клеток. Тем не менее, они должны разрешать вход тому, что жизненно важно для их работы, а также обеспечивать выход отходов.

Поэтому трафик молекул в обоих направлениях осуществляется избирательно. То есть клетка сама решает, что она впустит или выпустит и в какое время.

Для этого используются специализированные трансмембранные белки, которые функционируют как каналы или ворота, называемые мембранными переносчиками.

Около 20% генов в клетке кодируют эти мембранные транспортные белки. Это дает нам представление о важности транспорта для функционирования клеток.

В этом смысле изучение этих белков имеет большое значение как для идентификации химиотерапевтических мишеней, так и возможных путей транспорта лекарств внутрь клеток-мишеней.

Функции 

Мембранные транспортные белки представляют собой интегральные мембранные белки, специализирующиеся на осуществлении специфического транспорта ионов и небольших водорастворимых молекул к обеим сторонам клеточных мембран.

Поскольку эти молекулы не могут самостоятельно пересекать гидрофобное ядро ​​липидного бислоя, эти белки позволяют клетке поддерживать дифференцированно определенные условия, поглощать питательные вещества, выделять продукты метаболизма и регулировать концентрацию ионов и молекул.

Таким образом, клеточные транспортеры отвечают за перенос органических и неорганических растворенных веществ через клеточные мембраны.

Этот перенос осуществляется специально только в те моменты, когда он нужен клетке для того, чтобы:

• Поддерживать клеточные электрохимические градиенты, необходимые для выполнения жизненно важных функций, таких как производство энергии, требуемой клеткой, и реакция на раздражители в возбудимых мембранах.

• Принимать макро- и микроэлементы, необходимые для обеспечения клетки мономерами, которые образуют скелеты составляющих ее макромолекул (нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и липиды).

• Реагировать на раздражители и, следовательно, участвовать в процессах клеточной сигнализации.

Типы транспортных белков

Мембранные транспортеры были классифицированы в зависимости от типа транспорта, который они выполняют. Так, они делятся на две большие категории: каналы (канальные белки) и транспортеры.

• Канальные белки опосредуют пассивный транспорт молекул воды, а также различных специфических типов ионов. Этот тип транспорта не требует энергии для осуществления и происходит спонтанно в пользу градиента концентрации транспортируемой молекулы.

Название каналов связано с тем, что структура, которую приобретают эти белки, напоминает туннель, через который происходит одновременное прохождение множества молекул, отобранных исходя из их молекулярного радиуса. Именно по этой причине эти переносчики можно рассматривать как молекулярное сито.

Функции, связанные с этими переносчиками, включают создание, поддержание и нарушение электрохимических градиентов через клеточные мембраны.

• Белки-транспортеры также называют переносчиками или пермеазами. Они используют электрохимические градиенты для осуществления транспорта на ту или иную сторону мембраны.

Этот тип белков-транспортеров может обеспечивать два вида  транспорта. Пассивно облегченный транспорт молекулы только в одном направлении и вниз по градиенту концентрации или котранспорт двух разных молекул.

В свою очередь, котранспорт в одном направлении осуществляют симпортеры, а в противоположных — антипортеры.

С другой стороны, в отличие от каналов, которые обеспечивают одновременное прохождение через них многих молекул, транспортеры допускают лишь ограниченное и специфическое прохождение определенного количества молекул. 

Белки-транспортеры можно разделить на пассивные и активные транспортеры.

• Пассивные транспортеры.

Они не требуют энергоснабжения и осуществляют транспорт молекул из области высокой концентрации в область низкой концентрации.

• Активные транспортеры.

Напротив, активным переносчикам требуется затрата энергии для перемещения веществ против градиента их концентрации. Этот механизм отвечает на активный транспортный процесс.

Краткие выводы

• Транспортные белки – это особые структуры, которые выполняют важную функцию перемещения различных веществ через клеточные мембраны. 

• Клетки нашего организма нуждаются в постоянном поступлении различных веществ – кислорода, глюкозы, аминокислот и других молекул, необходимых для жизнедеятельности. Именно транспортные белки обеспечивают их доставку в нужные места. Они действуют как перевозчики, позволяющие молекулам проникнуть сквозь клеточные мембраны, которые являются своего рода барьером.

• Кроме того, транспортные белки помогают избавиться от отходов, обеспечивая их вывод из клетки.