Белок переносчик: Общий белок — Клиника 1

InScience

Новости

Найден белок-переносчик цинка

Автор: Елизавета ПерепелицаПт 20 мая, 2022

Brookhaven National Laboratory

Американские ученые, возглавляемые биологами из Брукхейвенской национальной лаборатории, открыли белок-переносчик цинка ZNG1. Его отсутствие нарушает работу других белков, зависимых от этого металла. Результаты работы важны как для медицины, так и для биоэнергетики. Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.

Цинк важен для функционирования организма: более 10% белков зависят от этого металла. Однако в настоящее время в мире все более остро стоит проблема недостаточности цинка, которая влечет за собой замедленный рост, нарушение работы иммунной системы, неврологические заболевания и рак. Цинк важен и для развития других организмов, например растений. Тем не менее до сих пор не было понятно, каким образом цинк доходит до зависимых от него белков. Другие похожие металлы вроде никеля и меди переносятся в клетке специальными белками — шаперонами. Благодаря этому они не вступают в нежелательные реакции, в результате которых могли бы спровоцировать генерацию свободных радикалов, что вредно для клетки. Цинк же в подобные реакции не вступает, поэтому некоторые ученые предполагали, что ему шаперон и не нужен. Это значило бы, что цинк просто присутствует в среде в виде ионов.

Американские же ученые предположили, что шапероном цинка могут выступать белки из семейства CobW. Однако доказать это было сложно. Поэтому для начала биологи изучили базы данных белков, чтобы найти цели доставки цинка. Так, исследователей заинтересовала возможная реакция между предполагаемым шапероном и метионинаминопептидазой (MAP1). Это взаимодействие наблюдалось как у людей, так и у дрожжей. То, что оно присутствует у настолько разных организмов, подтвердило важность такого взаимодействия. Как оказалось, MAP1 нужен для модификации белков и присутствует у многих организмов, причем он действительно зависит от цинка.

Чтобы доказать, что белок, названный ZNG1, действительно является шапероном цинка, ученые провели ряд экспериментов. Для начала они использовали клетки дрожжей, в которых отключали ген, кодирующий ZNG1. Так как этот белок доставляет цинк к MAP1, в его отсутствие белок MAP1 не смог функционировать правильно, особенно при низком содержании цинка в среде. Далее ученые изолировали белки ZNG1 и MAP1 в чистом виде, чтобы исследовать их работу. Если в среде отсутствовал цинк, MAP1 не работал. Однако если смешать ZNG1, MAP1 и цинк, все равно ничего не происходило. Как оказалось, для активации ZNG1 нужен гуанозинтрифосфат  (ГТФ) — источник энергии. Связывая ГТФ, ZNG1 меняет конформацию, что может быть важно для последующего связывания цинка. В смеси ZNG1, MAP1, цинка и ГТФ белок MAP1 наконец проявил активность.

Далее ученые разработали компьютерные модели, чтобы лучше понять взаимодействие между ZNG1 и MAP1. Они выяснили, что отсутствие гена ZNG1 влияет не только на MAP1, но и на множество других белков. Хотя в ходе эволюции клетки научились адаптироваться к низкой концентрации цинка в среде, при отсутствии ZNG1 эта адаптация уже не срабатывала.

Биохимические, генетические и фармакологические опыты показали важность ZNG1 для разных организмов. Так, если у мышей и рыбок данио-рерио была мутация в этом гене, у них наблюдалась пониженная пролиферация клеток и нарушения в работе митохондрий. Из-за этого также наблюдались проблемы с ростом, что характерно для недостаточности цинка. Помимо этого, исследование может быть важно для разработки генетически модифицированных растений, задействованных в биоэнергетике. Такие растения смогли бы жить даже при низком содержании цинка в почве, при этом плодородные земли можно было бы посвятить нуждам сельского хозяйства.

---

Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

---

Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.

Тэги

Общий белок в сыворотке крови, total protein со скидкой до 50% в Lab4U в Москве

Описание анализа

Показатель

Основные белки крови — это альбумины и глобулины. Они отвечают за связывание и транспортировку к клеткам-мишеням железа, билирубина печени, некоторых токсинов, антибиотиков, гормонов, и других веществ. Общее содержание белка в сыворотке крови отражает состояние белкового обмена.

Назначения

Анализ используется как часть первого этапа комплексного обследования, для выявления и оценки степени тяжести нарушений питания, для диагностики различных заболеваний, связанных с нарушениями белкового обмена, и для оценки эффективности их лечения. Часто исследование проводят для того чтобы определить степень готовности организма к операциям или при определении эффективности назначенного лечения. В некоторых случаях исследование проводится неоднократно, что позволяет наблюдать за процессом нормализации состояния пациента в динамике.

Специалист

Назначается в комплексе биохимических исследований или отдельно, терапевтом, ревматологом, кардиологом, гематологом.

Метод исследования — Колориметрический фотометрический тест

Материал для исследования — Сыворотка крови

Срок исполнения

Анализ будет готов в течение 1 дня, исключая день забора. Срок может быть увеличен на 1 день в случае необходимости. Вы получите результаты на эл. почту сразу по готовности.

Срок исполнения: в течение 1 дня, исключая день забора, исключая субботу и воскресенье (кроме дня взятия биоматериала)

Как подготовиться

Заранее

Не сдавайте анализ крови сразу после рентгенографии, флюорографии, УЗИ, физиопроцедур.

Накануне

За 24 часа до взятия крови:

• Ограничьте жирную и жареную пищу, не принимайте алкоголь.

• Исключите тяжёлые физические нагрузки.

От 8 до 14 часов до сдачи крови не принимайте пищу, пейте только чистую негазированную воду.

В день сдачи

Перед забором крови

• 60 минут не курить,
• 15-30 минут находиться в спокойном состоянии.

Результат

Пример результата анализа.pdf

Расшифровка

Интерпретация результатов анализов носит информационный характер, не является диагнозом и не заменяет консультации врача. Референсные значения могут отличаться от указанных в зависимости от используемого оборудования, актуальные значения будут указаны на бланке результатов.

Изменения концентрации общего белка в сыворотке крови могут быть как абсолютными, так и относительными (нарушение водного баланса).

Единица измерения: г/л

Референсные значения:

Возраст	Общий белок, г/л
1 — 14 дней	52 — 79
15 дн -1 год	43 — 68
2 — 6 лет	59 — 72
7 — 9 лет	62 — 74
10 — 15 лет	63 — 77
>15 лет	66 — 83
Беременные женщины
I триместр	62 — 76
II триместр	57 — 69
III триместр	56 — 67

Повышение:

Гиперпротеинемия абсолютная:

• Острые и хронические инфекции.
• Миеломная болезнь (плазмоцитома).
• Аутоиммунные заболевания.
• Парапротеинемические гемобластозы.
• Саркоидоз.
• Цирроз печени.
• Болезнь Вальденстрема.
• Болезни тяжёлых цепей.
• Лимфогранулематоз.
• Хронический полиартрит.

Гиперпротеинемия относительная:

• Перитонит.
• Тяжёлые ожоги.
• Кишечная непроходимость.
• Рвота, понос.
• Несахарный диабет.
• Хронический нефрит.
• Усиленное потоотделение.

Снижение:

Гипопротеинемия абсолютная:

• Снижение синтеза белка (цирроз печени, гепатиты, интоксикации).
• Врождённые нарушения синтеза отдельных белков (болезнь Вильсона-Коновалова, анальбуминемия, диспротеинемии).
• Повышенный распад белка в организме (гипертиреоз, обширные ожоги, послеоперационные состояния, травмы, длительные лихорадочные состояния, опухоли).
• Кровотечения.
• Повышенное выделение белка с мочой (нефротический синдром, заболевания почек, сахарный диабет).
• Недостаточное поступление белка с пищей (голодание, недоедание).

Гипопротеинемия относительная:

• Гипергидратация.

Гарантия качества

Исследование выполняет Биохимический анализатор AU 5800 фирмы Beckman Coulter, США

Модульная технология, обеспечивающая одновременную работу с большим количеством образцов, высокую скорость их обработки, точность дозирования на каждое исследование, что минимизирует общее время тестирования

Общий белок

Узнайте больше о популярных анализах:

Что можно и нельзя перед анализом крови?

Как расшифровать общий и биохимический анализы крови?

Биохимические исследования крови – значение и важность

Общий белок является суммой всех циркулирующих белков сыворотки и представляет собой основную составную часть крови. Основными белками являются глобулины и альбумин. Глобулин синтезируется в гепатоцитах и лимфоцитах, альбумин — в печени.

Биохимический анализ крови на общий белок используется в диагностике и контроле за лечением различных заболеваний, включая заболевания печени, почек, костного мозга, а также нарушений метаболизма и питания.

Изменения концентрации общего белка в сыворотке крови указывает на наличие диспротеинемий или нарушение водного баланса. Оба эти состояния могут быть подтверждены дополнительно выполненным электрофорезом белков и измерением гематокрита. При интерпретации результатов измерений концентрации общего белка в сыворотке крови важно получение информации по отдельным белковым фракциям, таким как альбумин и глобулины.

Белок-носитель – определение и примеры

Белок-носитель
сущ., множественное число: белки-носители
[ˈkæ.ɹɪ.ɚ ˈpɹəʊti.ɪn]
Определение: тип белка клеточной мембраны, участвующий в транспорте

Содержание

Белок-носитель представляет собой тип белка клеточной мембраны, участвующий в облегченной диффузии и активном транспорте веществ из клетки или внутрь клетки. Белки-носители отвечают за диффузию сахаров, аминокислот и нуклеозидов. Это также белки, которые поглощают молекулы глюкозы и транспортируют их и другие молекулы (например, соли, аминокислоты и т. д.) внутрь клетки. Например, белки-носители, такие как интегральные трансмембранные белки, встроенные в клеточную мембрану , будут иметь высокое сродство к определенным веществам на внешней стороне клетки, а затем претерпят конформационные изменения, чтобы облегчить прохождение этих веществ внутрь клетки через мембранные барьеры. .

Белок-носитель Определение

В биологии белком-носителем является тип белка, который транспортирует определенное вещество через внутриклеточные компартменты, во внеклеточную жидкость или через клетки, в отличие от белков каналов, которые являются еще одним мембранным транспортным белком, который менее избирательен в транспортировке молекул. Подобно другим мембранным транспортным белкам, белки-переносчики расположены в липидных бислоях клеточных структур, таких как клеточные мембраны, митохондрии и хлоропласты.

Носители и каналообразователи

Белки-носители являются мембранными транспортными белками наряду с белками каналов. Как мембранные транспортные белки, они расположены в биологических мембранах, и их основная функция заключается в перемещении молекул из одного места в другое. Эти транспортеры хотя и отличаются в некоторых аспектах.

Канальные белки, как следует из их названия, образуют « канал », который служит проходом для прохождения молекул. Они прочно и постоянно расположены в плазматической мембране, при этом их гидрофобные домены взаимодействуют с липидами мембраны.

Каналы, которые остаются открытыми как внутрь клетки, так и наружу, называются порами . Аквапорин является примером белкового канала в клеточной мембране, который позволяет молекулам воды проходить через них. И наоборот, белки-переносчики не образуют каналов. Скорее, у них есть сайты связывания, с которых могут связываться молекулы. Затем они перемещают молекулы к месту назначения, то есть внутрь или наружу мембраны. Наличие сайтов связывания указывает на то, что белки-переносчики более избирательны в отношении молекул, которые они транспортируют. Кроме того, они не открыты одновременно как внутрь, так и наружу клетки, в отличие от некоторых белков каналов, в частности, поринов, которые открыты с обеих сторон одновременно. Таким образом, в отличие от пориновых каналов, белки-переносчики способны транспортировать молекулы против градиента их концентрации, как при активном транспорте.

Типы белков-носителей

Белки-носители, участвующие в активном транспорте молекул или веществ, могут быть классифицированы на основе транспортной активности, в которой они участвуют. градиент концентрации, а не за счет гидролиза АТФ. Они переносят молекулы из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Примерами являются белки-переносчики, участвующие в облегченной диффузии сахаров, аминокислот и нуклеозидов через клеточные мембраны большинства клеток. (Ссылка 1)

Белки-носители, которые транспортируют молекулы против градиента концентрации, потребляют значительное количество энергии. В зависимости от источника энергии белки-носители можно классифицировать как (1) АТФ-управляемые, (2) управляемые электрохимическим потенциалом или (3) управляемые светом. Белки-носители, управляемые АТФ, — это белки, которым АТФ требуется для транспортировки молекул, тогда как белки, управляемые электрохимическим потенциалом, питаются электрохимическим потенциалом. Световые насосы — это насосы, приводимые в действие фотонами. Эти насосы обычно встречаются в бактериальных клетках. (Ссылка 2) Первые два более подробно описаны ниже.

Белки-носители, управляемые АТФ

Белки-носители, управляемые АТФ , — это белки, которым для перемещения молекул требуется связывание с АТФ. Конкретным примером переносчика, управляемого АТФ, является натриево-калиевый насос в плазматической мембране клеток животных. Насос специфически связывается с ионами натрия и калия. Для поддержания гомеостаза этот насос поддерживает соответствующие уровни таких ионов. Для этого насос активно перемещает 3 иона натрия (Na ⁺ ) изнутри клетки, а затем заменяет их 2 ионами калия (K ⁺ ) извне для каждой используемой молекулы АТФ. Эта форма активного транспорта, при которой химическая энергия (АТФ) подпитывает процесс, называется первичным активным транспортом .

Белки-переносчики, управляемые электрохимическим потенциалом

Рисунок 1: Схематическая диаграмма трех типов портеров в транспорте, опосредованном переносчиком. Изображение предоставлено: OpenStax Biology, CC BY 4.0

Белки-носители, управляемые электрохимическим потенциалом , — это белки, в которых градиент электрохимического потенциала подпитывает их транспортную активность. Эта форма активного транспорта называется вторичный активный транспорт .

Его также называют парным транспортом , потому что две молекулы одновременно транспортируются через мембрану. Если белок-носитель несет две молекулы в одном направлении, он называется симпортером . Если белок-носитель перемещает две молекулы в противоположных направлениях, его называют антипортером . Тем не менее, некоторые портеров переносят одну молекулу с одной стороны мембраны на другую. Их зовут унипортеры.

Схематические изображения трех типов носильщиков см. на рис. 1, где представлена ​​схема, изображающая три формы транспорта с участием перевозчика, или посмотрите видео ниже.

Функции белков-носителей

Белки-носители участвуют как в пассивных, так и в активных типах биологических транспортных процессов. При пассивном транспорте молекулы транспортируются вниз по склону, т. е. от более высокой концентрации к более низкой. Разница в концентрациях между двумя регионами создает градиент концентрации , которого достаточно для запуска пассивного транспорта. Однако из-за липидно-двухслойной природы клеточной мембраны не все молекулы смогут двигаться наружу или внутрь клетки в соответствии с градиентом их концентрации. Полярные молекулы и ионы не могут легко диффундировать через мембрану. Им нужны мембранные транспортные белки, такие как носители, для облегчения их транспорта.

Если в процессе используется белок-носитель, молекула « занимает место» на белке-носителе с одной стороны мембраны, а затем переносятся на другую сторону для высвобождения. Эта форма диффузии (или пассивного транспорта), которая использует мембранный белок для транспорта вниз по градиенту концентрации, называется облегченной диффузией .

В то время как некоторые мембранные белки не способны к активному транспорту, белки-переносчики обеспечивают активный транспорт. Молекулы, связанные с белками-переносчиками, могут перемещаться в гору, то есть из области более низкой концентрации в область более высокой концентрации. Эта форма транспорта называется активным транспортом, при котором молекулы движутся против градиента концентрации, т.е.0018 в направлении, в котором они обычно не ходят, так как область уже сконцентрирована .

Поэтому для подпитки процесса необходим источник энергии (например, АТФ). Это то, что происходит во время активного транспорта Na ⁺ и K ⁺ , а также NADH, поскольку он перемещает протоны через внутреннюю митохондриальную мембрану, где АТФ связан с их транспортом.

Транспортный механизм

Как при пассивном, так и при активном транспорте белки-переносчики перемещают молекулы, связываясь с последними, а затем претерпевают конформационные изменения. Они меняют форму, перенося молекулы с одной стороны мембраны на другую. Однако для активного транспорта требуется химическая энергия. В результате гидролиза АТФ высвобождается энергия, когда АТФазы катализируют разложение АТФ до АДФ. Высвобождение одного неорганического фосфата из АТФ также вызывает сопутствующее высвобождение энергии. Не все активные транспортные процессы подпитываются прямым связыванием АТФ. Другая форма активного транспорта использует электрохимический градиент , а не АТФ. Например, катионы, движущиеся пассивно , будут генерировать энтропию, которая может подпитывать активный транспорт другой группы ионов.

Примеры белков-носителей

Вот некоторые из распространенных примеров белков-носителей.

• Транспортеры глюкозы
• Натриево-калиевый насос (Na+/K+ насос)
• Белки, транспортирующие глюкозу и натрий

Транспортеры глюкозы

Рисунок 2: Транспортеры глюкозы. Глюкоза поглощается клеткой извне в качестве переносчика глюкозы. Молекулы глюкозы перемещаются пассивно, из области высокой концентрации (вне клетки) в область низкой концентрации (внутри клетки, т.е. в цитозоле).

«Переносчики глюкозы» в клеточной мембране клеток животных поглощают молекулы глюкозы без использования АТФ, когда в клетке меньше глюкозы, чем снаружи. Глюкоза является жизненно важной биомолекулой, поскольку она служит источником энергии. В клетках человека имеется 14 переносчиков глюкозы. Они представляют собой uniporter , специфически связывающиеся с молекулами глюкозы и переносящие их. GLUT1, например, является переносчиком глюкозы, экспрессируемым почти во всех типах клеток. У взрослых он экспрессируется на самых высоких уровнях в эритроцитах.

Натриево-калиевый насос (Na

⁺ /K ⁺ насос)

Na ⁺ /K ⁺ насос является антипортером. Он имеет сайты связывания для ионов Na ⁺ и ионов K ⁺ . Поскольку движение этих ионов идет против градиента их концентрации, для насоса требуется источник энергии. Таким образом, он связывается с АТФ, чтобы гидролизовать его до АДФ. В результате высвобождается энергия. Насос использует эту энергию для изменения своей формы. После конформационного изменения ионы отделяются от насоса, но высвобождаются в противоположных направлениях. На 9Ионы 0050 + откачиваются, а ионы K ⁺ закачиваются в клетку. Функция насоса Na ⁺ /K ⁺ имеет решающее значение, поскольку он участвует в передаче нервных импульсов и поддержании потенциала клеточной мембраны. Без достаточного количества ионов К ⁺ может быть нарушена функция двигательных нейронов, а впоследствии и мышц-мишеней.

Белки, транспортирующие глюкозу и натрий

Белки, транспортирующие глюкозу и натрий, являются симпортными белками-переносчиками, которые транспортируют глюкозу активно. Когда в клетке содержится много глюкозы, но она все же хочет получить больше, она использует переносчик глюкозы-натрия. Этот транспортер имеет сайты связывания глюкозы и двух ионов Na ⁺ . Поскольку в клетке изначально меньше ионов Na ⁺ , ионы Na ⁺ диффундируют пассивно. Следовательно, создается градиент электрохимического потенциала, который заставляет транспортер активно перемещать молекулу глюкозы в клетку.

Часто задаваемые вопросы

Является ли белок-носитель транспортным белком?
Белок-носитель представляет собой тип мембранного транспортного белка. Еще одним важным типом мембранного транспортного белка является канальный белок. Одним из способов отличить белок-носитель от белка канала является его сайт связывания, который выбирает молекулы для транспорта. Когда молекула или растворенное вещество связываются с этим участком, белок-носитель перемещает их на другую сторону мембраны. Некоторым носителям потребуется источник энергии (например, АТФ или градиент электрохимического потенциала) или фотон, чтобы побудить носитель изменить свою форму, что приведет к высвобождению связанной молекулы или растворенного вещества.

Что означает насыщение белка-носителя?
Белок-носитель считается насыщенным, когда все его сайты связывания заняты. Следовательно, скорость транспортировки будет максимальной. Обозначаемая как V _max , скорость переноса определяет свойство конкретного носителя, которое отражает скорость, с которой он может изменяться между двумя своими конформационными состояниями. Когда скорость транспорта составляет половину максимального значения, константа связывания конкретного транспортера с его растворенным веществом (K _м ) будет равна концентрации растворенного вещества. (Ссылка 2)


Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о белке-переносчике.



Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Что такое белок-носитель?

Тип белка, который транспортирует биомолекулы внутри клетки

Тип белка, который транспортирует биомолекулы вне клетки

Тип белка, который транспортирует биомолекулы внутрь и наружу клетки

2. Проходы для молекул, таких как молекулы воды

Белки-носители

Белки-носители

Белки-переносчики и белки-каналы

3. Имеют сайт связывания для молекул, подлежащих транспорту

Белки-носители

Канальные белки

Белки-носители и канальные белки

4. Транспортирует две молекулы в одном направлении

Uniporter

Symporter

Antiporter

5. Что из перечисленного НЕ является белком-носителем?

Натриево-калиевая помпа

Транспортеры глюкозы

Аквапорин

Отправьте результаты (необязательно)

Ваше имя

На электронную почту

Next

Белок-носитель – определение, функции и примеры

Белок-носитель Определение

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

Белки-носители и белковые каналы представляют собой два типа мембранных транспортных белков.

В то время как белки каналов являются именно тем, на что они похожи — белками, которые открывают каналы в клеточной мембране, позволяя молекулам входить и выходить по градиенту их концентрации — белки-переносчики одновременно открыты только с одной стороны рассматриваемой мембраны.

В то время как натрий-калиевый канал может просто открываться и позволять ионам течь с одной стороны на другую, например, белок-носитель, известный как натрий-калиевый насос, связывается с ионами на одной стороне мембраны, а затем меняет форму на провести их на другую сторону, не открывая канала.

Это делает белки-переносчики полезными для активного транспорта, когда вещество необходимо переносить против градиента концентрации в направлении, в котором оно обычно не течет.

Однако белки-переносчики также могут использоваться для облегченной диффузии, формы пассивного транспорта.

Белки-носители обычно имеют «сайт связывания», который будет связываться только с тем веществом, которое они должны нести. Натрий-калиевый насос, например, 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. Типичным примером этого процесса является действие натрий-калиевого насоса, показанное ниже: транспорт. Другим может потребоваться энергия в форме АТФ или может осуществляться «вторичный активный транспорт», когда транспорт одного вещества против его диффузионного градиента обеспечивается другим диффузионным градиентом, создаваемым белками-носителями, использующими АТФ.

Ниже в разделе «Примеры» мы обсудим все примеры пассивного, активного и вторично-активного транспорта с использованием белков-переносчиков.

Функция белка-носителя

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

Здесь на помощь приходят белки-переносчики.

В нашем собственном теле действие всех наших нервных клеток приводится в действие натриево-калиевым градиентом, создаваемым 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, чтобы перекачивать эти ионы через клеточную мембрану в противоположных направлениях.

В конечном счете именно этот натриево-калиевый градиент позволяет нашим нервным клеткам возбуждаться, что позволяет нам двигаться, думать, воспринимать окружающий мир и даже поддерживать биение сердца.

Белки-носители, которые переносят протоны через митохондриальную мембрану для создания там градиента концентрации, также ответственны за создание большей части АТФ, вырабатываемой эукариотическими клетками. Митохондрии используют фермент АТФ-синтазу, чтобы превратить энергию этого градиента концентрации в энергию АТФ.

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


• Создание ионных градиентов, которые позволяют нервным клеткам функционировать
• Создание градиентов ионов, которые позволяют митохондриям функционировать
• Создание градиентов ионов, которые позволяют хлоропластам функционировать в процессе фотосинтеза
• Транспорт больших молекул, таких как сахара и жиры, в клетки и из клеток задачи здесь не указаны

Типы белков-носителей

Активный транспорт

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

Многие белки-переносчики активного транспорта, такие как натрий-калиевый насос, используют энергию, запасенную в АТФ, для изменения своей формы и перемещения веществ по градиенту их транспорта.

Насосы, практикующие «вторично-активный транспорт», иногда называют «связанными носителями». Эти насосы используют «нисходящий» транспорт одного вещества для «восходящего» транспорта другого.

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

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

Облегченная диффузия

Белки-переносчики также могут переносить вещества в «нисходящем» направлении, т. е. переносить их по градиенту концентрации в направлении, в котором вещество «хочет» двигаться.

Одним из примеров является переносчик калия валиномицина, который связывается с ионами калия и изменяет форму, чтобы высвободить их на другой стороне мембраны.

Примеры белков-носителей

Натрий-калиевый насос

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

Белок связывается с ионами натрия внутри клетки, одновременно связываясь с ионами калия внутри клетки. Как только он связывается с достаточным количеством ионов с обеих сторон, он связывается с молекулой АТФ. Высвобождая энергию, запасенную в АТФ, он 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% всего АТФ в организме человека!

Это связано с тем, что нервные клетки возбуждаются с помощью электрохимических сигналов, которые создаются очень быстрым перемещением заряженных частиц, то есть ионов натрия и калия, с одной стороны мембраны нервной клетки на другую. Эти потенциалы могут быть созданы только в том случае, если существует огромная разница 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 чрезмерное обезвоживание или недоедание могут нарушить количество натрия и калия, доступных нашим клеткам, нарушив этот градиент. В крайних случаях эти ионные дисбалансы могут привести к отказу нервных клеток, питающих наши сердечные мышцы.

Именно поэтому заболевания, поражающие почки, которые контролируют, как мы экспортируем или удерживаем ионы в моче, могут быть опасны. Например, редким побочным эффектом диабета является гипокалиемия — недостаток калия в крови, что может нарушить функцию нервных клеток, приводящих в движение сердечную мышцу.

Котранспорт глюкозы-натрия

Белок котранспорта глюкозы-натрия является хорошим примером белка, который использует «вторичный активный транспорт, «косвенно» используя АТФ.

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

Итак, для питания глюкозо-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 двигаться вниз по градиенту концентрации в клетку.

Энергия ионов натрия, «желающих» попасть в клетку, преодолевает сопротивление глюкозы, и все три частицы перемещаются в клетку вместе.

Это означает дополнительную работу для натрий-калиевого насоса в клеточной мембране, который должен будет использовать АТФ для выкачивания натрия обратно, чтобы сохранить этот жизненно важный градиент. Но котранспортный белок глюкозы и натрия не использует АТФ сам по себе, он лишь косвенно использует энергию АТФ.

Этот тип вторичного активного транспорта называется «симпорт» от греческих слов «сим» — «вместе» и «порт» — «транспорт». Symport транспортирует два вещества вместе в одном направлении, чтобы обеспечить транспортировку обоих веществ.

Валиномицин: пассивный транспортный носитель

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

Он содержится в клеточных мембранах стрептококковых бактерий, которые используют его, когда «хотят» вывести калий из своих клеток. Его высокая степень селективности в отношении калия 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 такими бактериями, как стрептококк, потому что искусственное введение его в бактерии может нарушить их электрохимический градиент.

По той же причине валиномицин также может быть мощным нейротоксином: попадая в нервные клетки, он может опасно нарушить и их натрий-калиевый градиент!

• Активный транспорт – Транспорт, который перемещает вещество против градиента его концентрации и требует от клетки затрат энергии для выполнения этой задачи.
• Мембранный белок – Белок, находящийся в мембране клетки, который обычно имеет как гидрофильные, так и гидрофобные домены для надежной фиксации по отношению к внутренней части гидрофобной мембраны и гидрофильной внутриклеточной и внеклеточной жидкости.
• Пассивный транспорт – Транспорт, который перемещает вещество по градиенту его концентрации. Пассивный транспорт не требует затрат энергии, поскольку он перемещает вещества в том направлении, в котором они «хотят».

Тест

1. Что из следующего НЕ является различием между белками-носителями и белками-каналами?
A. Канальные белки открыты с обеих сторон мембраны одновременно, в то время как белки-переносчики одновременно открыты только с одной стороны мембраны.
B. Канальные белки позволяют веществам свободно проходить через них, в то время как белки-переносчики имеют сайты связывания для определенных атомов и молекул.
C. Канальные белки осуществляют пассивный транспорт, тогда как белки-переносчики осуществляют активный транспорт.
D. Ничего из вышеперечисленного.


Ответ на вопрос №1

C верно. Хотя белки-переносчики способны осуществлять активный транспорт, они также могут осуществлять пассивный транспорт. Валиномицин, например, пассивно переносит калий по градиенту его концентрации. Он используется вместо канала, поскольку обладает высокой селективностью и транспортирует только ионы калия.

2. Что из следующего НЕ является примером белка-носителя?
A. Белок натрий-калиевого канала.
B. Протонный насос в мембране хлоропласта.
C. Бактериородопсин.
Д. Все вышеперечисленное.


Ответ на вопрос № 2

Правильно . В то время как натрий-калиевый насос является белком-носителем, натрий-калиевый канал представляет собой другой белок, который, как следует из названия, является канальным белком, а не белком-носителем!

3. Что из перечисленного НЕ относится к белкам-носителям?
A. Они изменяют форму, чтобы перемещать вещества с одной стороны мембраны на другую.
B. Открыты сразу с обеих сторон клеточной мембраны.
C. Они могут связываться более чем с одним целевым веществом.
D. Они будут транспортировать любое вещество нужного размера, формы или заряда.
E. B и D.


Ответ на вопрос №3

E верно. Хотя белки-носители могут связываться более чем с одним веществом-мишенью, например с натрий-калиевым насосом или натрий-глюкозным котранспортным белком, их сайты связывания очень специфичны. Участки связывания на натрий-калиевом насосе, например, должны различать ионы натрия и калия, чтобы обеспечить транспортировку каждого из них в правильном направлении! Это требует высокой степени специфичности, поскольку и натрий, и калий представляют собой небольшие положительно заряженные ионы.