MEMBRANSKI PROTEINSKI MEMBRAN: FUNKCIJE IN VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Pri membranskih transporterjev so integralni membranski proteini, posebej pri izvajanju posebnega prevoz ionov in majhnih molekul topno obe strani celične membrane.

Ker te molekule ne morejo sam prečkati hidrofobnega srca lipidnih dvoslojev, ti proteini celici omogočajo: vzdrževanje različnega okolja, zaužitje hranil, izločanje odpadnih produktov metabolizma in uravnavanje koncentracij ionov in molekul.

Membranski transporterski protein. Avtorica Emma Dittmar - Lastno delo, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

Prenosne beljakovine smo razvrstili v dve veliki skupini: kanali in prenašalci. Prenašalci specifično vežejo molekulo, ki jo je treba prevažati, in so podvrženi konformacijskim spremembam, da jih lahko mobilizirajo. Kanali pa ne vežejo molekul, temveč tvorijo tunel, iz katerega se prosto gibljejo, preprosto izključeni z njihovim molekularnim polmerom.

Poleg te klasifikacije obstajajo še druge, ki upoštevajo količino molekul, ki jih je treba prevažati, smer, v kateri se prevažajo, odvisnost ali ne od energije in vira energije, ki jo uporabljajo.

Transport po celični membrani

Sinteza membrane je bila zadnji evolucijski dogodek, ki je povzročil celice.

Absolutno vse celične membrane predstavljajo ovire, ki nasprotujejo prostemu prehodu ionov in molekul v celice in zunaj njih. Vendar morajo omogočiti vstop tistih, ki so ključnega pomena za njihovo delovanje, in izstop odpadkov.

Zato se trgovina molekul v obe smeri izvaja selektivno. Z drugimi besedami, celica se odloči, koga bo izpustil ali izstopil in kdaj.

Za dosego tega uporablja obstoj specializiranih transmembranskih proteinov, ki delujejo kot kanali ali prehodi, imenovani membranski prenašalci.

Približno 20% genov v celici označuje te proteinske membrane. Tako dobimo predstavo o pomenu, ki ga ima promet za delovanje celic.

V tem smislu je proučevanje teh beljakovin zelo pomembno tako pri identifikaciji kemoterapevtskih tarč kot tudi možnih prevoznih sredstev za zdravila v ciljne celice.

Funkcije membranskih prenašalcev

Celični prevozniki so odgovorni za prenos topil organske in anorganske narave skozi celične membrane.

Ta prenos se izvede posebej samo v času, ko ga celica potrebuje, da:

- Ohranjajte celične elektrokemijske gradiente, ki so ključnega pomena za opravljanje vitalnih funkcij, kot so proizvodnja energije, ki jo potrebuje celica, in odziv na dražljaje v vznemirljivih membranah.

- Vzemite makro in mikrohranila iz medija, potrebnega, da celici zagotovite monomere, ki bodo tvorili okostje njenih sestavnih makromolekul (nukleinskih kislin, beljakovin, ogljikovih hidratov in lipidov).

- Odzivajo se na dražljaje in zato sodelujejo v procesih celične signalizacije.

Vrste proteinskih membranskih proteinov

Membranski prevozniki so razvrščeni glede na vrsto prevoza, ki ga opravljajo, v dve široki kategoriji: kanali in prevozniki.

Vrste proteinskih membranskih proteinov. Avtor: LadyofHats (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], iz Wikimedia Commons.

Kanalni proteini

Kanalni proteini posredujejo pri pasivnem transportu molekul vode, pa tudi različnih specifičnih vrst ionov. Za to vrsto prevoza ni treba izvesti energije in pride spontano v prid koncentracijskem gradientu molekule, ki jo je treba prevažati.

Ime kanalov je posledica dejstva, da struktura, ki jo ti proteini pridobijo, spominja na predor, skozi katerega poteka sočasni prehod številnih molekul, ki so izbrane glede na njihov molekularni polmer. Zaradi tega lahko te prevoznike štejemo za molekularno sito.

Med funkcijami, ki so povezane s temi transporterji, so ustvarjanje, vzdrževanje in motnje elektrokemijskih gradientov po celičnih membranah.

Vendar pa se številni drugi kanali izmenično odpirajo in odpirajo kot odziv na prihod ali odstranjevanje določenih dražljajev.

Takšni dražljaji so lahko električni v kanalih, ki so odvisni od napetosti, kemični v kanalih, odvisnih od liganda, ali fizični v kanalih, ki se odzivajo na mehanske spremembe, kot sta stres ali obremenitev.

Transporterji

Prenosne beljakovine imenujemo tudi nosilci ali permeaze. Za izvajanje prevoza na eno ali drugo stran membrane uporabljajo elektrokemične gradiente.

Ta vrsta transporterskih proteinov lahko posreduje dve vrsti transporta. Olajšan pasivni transport molekule v eni smeri in navzdol po koncentracijskem gradientu ali kotransporta dveh različnih molekul.

Po drugi strani sočasno prevoz v isti smeri izvajajo simporterji, v nasprotnih smereh pa protitelesarji.

Po drugi strani pa za razliko od kanalov, ki omogočajo hkratni prehod številnih molekul skozi njih, prevozniki omogočajo le omejen in specifičen prehod določenega števila molekul. Da bi to zagotovili, imajo posebna zavezujoča mesta.

V tem primeru, ko pride do vezave molekule na transporter, slednji pride do konformacijske spremembe, ki izpostavi vezivno mesto na drugi strani membrane, kar daje prednost prevozu.

Ta odvisnost od strukturne spremembe nosilnih beljakovin upočasni hitrost prenosa molekul.

Vrste transportnih trakov

Glede na odvisnost ali ne energije za prevoz lahko transporterje beljakovine razvrstimo v: pasivne prenašalce in aktivne prevoznike.

- Pasivni olajševalni transporterji

Pasivni prevozniki, ki omogočajo prevoz, ne potrebujejo oskrbe z energijo in izvajajo prevoz molekul iz območja z visoko koncentracijo do območja z nizko koncentracijo.

- aktivno olajševanje prevoznikov

Nasprotno pa aktivni prevozniki potrebujejo vnos energije za premikanje snovi glede na njihov koncentracijski gradient. Ta mehanizem se odziva na aktivni transportni proces.

Primarni transporterji (črpalke)

Črpalke izvajajo prenos ionov in molekul v medcelični in zunajcelični medij z uporabo primarnega aktivnega transportnega mehanizma.

To pomeni, da energijo iz hidrolize ATP porabijo, da "gibanje ionov in molekul navzgor postane energetsko ugoden postopek.

Ena od funkcij, povezanih s to vrsto prenašalcev, je ustvarjanje notranjega kislega medija, značilnega za lizosome živalskih celic, vakuole rastlinskih celic in želodca.

Sekundarni aktivni prevozniki

Ti prevozniki izkoristijo energijo, ki se sprosti med sočasnim transportom iona v korist njegovega elektrokemičnega gradienta, da lahko prenesejo drugo molekulo proti koncentracijskemu gradientu. Z drugimi besedami, izvajajo sekundarni aktivni transport molekul.

Reference

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. 2002. Molekularna biologija celice, 4. izdaja. New York: Garland Science.
2. Bennetts HS. Pojmi membranskega pretoka in membranske vezikulacije kot mehanizmi za aktivni transport in ionsko črpanje. J BiophysBiochemCytol. 1956; 25: 2 (4 Suppl): 99-103.
3. Oparin AI, Deborin GA. Model aktivnega prevoza beljakovin skozi lipidno membrano. Ukr Biokhim Zh. 1965; 37 (5): 761-768.
4. Schneider M, Windbergs M, Daum N, Loretz B, Collnot EM, Hansen S, Schaefer UF, Lehr CM. Prestopanje bioloških ovir za napredno dajanje zdravil. Eur J Pharm Biopharm. 2013; 84: 239-241.
5. Seeger MA. Raziskovanje membranskih transportov v času neštetih struktur. Biochim Biophys Acta Biomembr. 2018; 1860 (4): 804–808.
6. Volpe DA. Transporter preskusi kot koristna in vitro orodja pri odkrivanju in razvoju drog. Strokovno mnenje o odkrivanju drog. 2016; 11 (1): 91–103.
7. Wang F, Wang Y, ZhangX, Zhang W, Guo S, Jin F. Nedavni napredek peptidov, ki prodirajo skozi celice, so novi nosilci za medcelično dostavo tovora. J Kontrolna izdaja. 2014; 174: 126-136.