Котранспортер
Котранспортеры — это подкатегория мембранных транспортных белков (транспортеров), которые связывают благоприятное движение одной молекулы с градиентом ее концентрации и неблагоприятное движение другой молекулы против градиента ее концентрации. Они обеспечивают совмещенный или котранспорт (вторично-активный транспорт) и включают антипортеры и симпортеры . В общем, котранспортеры состоят из двух из трех классов интегральных мембранных белков, известных как транспортеры, которые перемещают молекулы и ионы через биомембраны. Унипортеры также являются переносчиками, но перемещают только один тип молекул по градиенту концентрации и не классифицируются как котранспортеры. [1]
Фон
[ редактировать ]Котранспортеры способны перемещать растворенные вещества вверх или вниз по градиенту со скоростью от 1000 до 100 000 молекул в секунду. Они могут действовать как каналы или транспортеры, в зависимости от условий, в которых их анализируют. Движение происходит за счет связывания двух молекул или ионов одновременно и использования градиента концентрации одного растворенного вещества, чтобы заставить другую молекулу или ион противостоять его градиенту. Некоторые исследования показывают, что котранспортеры могут функционировать как ионные каналы, что противоречит классическим моделям. Например, транспортер HKT1 пшеницы демонстрирует два способа транспорта одного и того же белка. [2]
Котранспортеры можно разделить на антипортеры и симпортеры . Оба используют электрический потенциал и/или химические градиенты для перемещения протонов и ионов против градиента их концентрации. У растений протон считается вторичным веществом, и высокая концентрация протонов в апопласте обеспечивает перемещение внутрь некоторых ионов симпортерами. Градиент протонов перемещает ионы в вакуоль с помощью антипортера протон-натрий или антипортера протон-кальций. У растений транспорт сахарозы распределяется по всему растению с помощью протонного насоса, где насос, как обсуждалось выше, создает градиент протонов, так что на одной стороне мембраны их намного больше, чем на другой. Когда протоны диффундируют обратно через мембрану, свободная энергия, высвобождаемая в результате этой диффузии, используется для совместного транспорта сахарозы. У млекопитающих глюкоза транспортируется с помощью натрий-зависимых транспортеров глюкозы, которые используют в этом процессе энергию. Здесь, поскольку и глюкоза, и натрий транспортируются через мембрану в одном направлении, их можно классифицировать как симпортеры. Система переносчика глюкозы была впервые выдвинута доктором Робертом К. Крейном в 1960 году, это обсуждается далее в статье. [2] [3]
История
[ редактировать ]
Доктор Роберт К. Крейн , выпускник Гарварда, довольно долгое время работал в области биохимии углеводов. Его опыт в области биохимии глюкозо-6-фосфата , фиксации углекислого газа, исследований гексокиназы и фосфатов привел его к гипотезе о совместном транспорте глюкозы вместе с натрием через кишечник. На фото справа — доктор Крейн и его рисунок котранспортёрной системы, которую он предложил в 1960 году на международном совещании по мембранному транспорту и метаболизму. Его исследования были подтверждены другими группами и теперь используются в качестве классической модели для понимания котранспортеров. [4]
Механизм
[ редактировать ]Антипортеры и симпортеры одновременно переносят два или более разных типов молекул в совместном движении. Энергетически неблагоприятное движение одной молекулы сочетается с энергетически выгодным движением другой молекулы(ов) или иона(ов), чтобы обеспечить энергию, необходимую для транспорта. Этот тип транспорта известен как вторично-активный транспорт и осуществляется за счет энергии, получаемой за счет градиента концентрации ионов/молекул через мембрану, в которую интегрирован белок-котранспортер. [1]
Котранспортеры претерпевают цикл конформационных изменений , связывая движение иона с градиентом его концентрации (движение вниз) с движением котранспортируемого растворенного вещества против градиента его концентрации (движение вверх). [5] В одной конформации белок будет иметь сайт связывания (или сайты в случае симпортеров), расположенный на одной стороне мембраны. При связывании как молекулы, которая должна транспортироваться вверх, так и молекулы, которая должна транспортироваться вниз, произойдет конформационное изменение. Это конформационное изменение приведет к тому, что связанные субстраты окажутся на противоположной стороне мембраны, где субстраты будут диссоциироваться. И молекула, и катион должны быть связаны, чтобы произошло конформационное изменение. Этот механизм впервые был предложен Олегом Жардецким в 1966 году. [6] Этот цикл конформационных изменений переносит только один ион субстрата за раз, что приводит к довольно медленной скорости транспорта (10 0 до 10 4 ионов или молекул в секунду) по сравнению с другими транспортными белками, такими как ионные каналы . [1] Скорость, с которой происходит этот цикл конформационных изменений, называется скоростью оборота (TOR) и выражается как среднее количество полных циклов в секунду, выполняемых одной молекулой-котранспортером. [5]
Типы
[ редактировать ]
Антипортеры
[ редактировать ]Антипортеры используют механизм котранспорта (сочетание движения одного иона или молекулы вниз по градиенту концентрации с транспортом другого иона или молекулы вверх по градиенту концентрации), чтобы перемещать ионы и молекулы в противоположных направлениях. [1] В этой ситуации один из ионов переместится из экзоплазматического пространства в цитоплазматическое пространство , а другой ион переместится из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство. Примером антипортера является натрий-кальциевый обменник . Функция натрий-кальциевого обменника заключается в удалении избытка кальция из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство против градиента его концентрации путем сопряжения его транспорта с транспортом натрия из экзоплазматического пространства вниз по градиенту его концентрации (устанавливается активным транспортом натрия из клетку с помощью натрий-калиевого насоса ) в цитоплазматическое пространство. Натрий-кальциевый обменник обменивает 3 иона натрия на 1 ион кальция и представляет собой катион- антипортер. [7]
Клетки также содержат антипортеры анионов , такие как белок-переносчик анионов Band 3 (или AE1). Этот котранспортер является важным интегральным белком в эритроцитах млекопитающих и перемещает ионы хлорида и ионы бикарбоната через плазматическую мембрану в соотношении один к одному, основываясь только на градиенте концентрации двух ионов. Антипортер AE1 необходим для удаления отходов углекислого газа , который превращается в бикарбонат внутри эритроцита. [8]
Симпортеры
[ редактировать ]В отличие от антипортеров, симпортеры перемещают ионы или молекулы в одном направлении. [1] В этом случае оба транспортируемых иона будут перемещаться либо из экзоплазматического пространства в цитоплазматическое пространство, либо из цитоплазматического пространства в экзоплазматическое пространство. Примером симпортера является транспортер, связанный с натрий-глюкозой , или SGLT. SGLT функционирует, соединяя транспорт натрия в экзоплазматическом пространстве по градиенту его концентрации (опять же, установленный активным транспортом натрия из клетки натрий-калиевым насосом ) в цитоплазматическое пространство с транспортом глюкозы в экзоплазматическом пространстве. пространство против градиента его концентрации в цитоплазматическое пространство. SGLT связывает движение 1 иона глюкозы с движением 2 ионов натрия. [9] [10]
Примеры котранспортеров
[ редактировать ]Уже + Котранспортер /глюкозы (SGLT1) – также известен как котранспортер натрий-глюкозы 1 и кодируется геном SLC5A1. SGLT1 является электрогенным переносчиком, поскольку электрохимический градиент натрия перемещает глюкозу вверх в клетки. SGLT1 представляет собой Na с высоким сродством + котранспортер глюкозы, который играет важную роль в переносе сахара через эпителиальные клетки проксимальных канальцев почек и кишечника, в частности тонкого кишечника. [11] [12]
Уже + /фосфатный котранспортер (NaPi) – натрий-фосфатные котранспортеры относятся к семействам белков SLC34 и SLC20. Они также обнаруживаются в эпителиальных клетках проксимальных канальцев почек и тонкой кишки. Он переносит неорганический фосфат в клетки посредством активного транспорта с помощью Na. + градиент. Подобно SGTL1, они классифицируются как электрогенные переносчики. NaPi в сочетании с 3 Na + ионы и 1 двухвалентный Pi классифицируются как NaPi IIa и NaPi IIb. NaPi, который соединяется с 2 Na + и 1 двухвалентный Pi классифицируются как NaPi IIc. [11] [13]
Уже + /Я − симпортер (NIS) – йодид натрия – это тип симпортера, который отвечает за перенос йодида в щитовидной железе. НИС преимущественно обнаруживается в клетках щитовидной железы, а также в молочных железах. Они расположены на базолатеральной мембране фолликулярных клеток щитовидной железы, где 2 Na + ионы и 1 I − ион связывается с переносом йодида. Деятельность НИС помогает в диагностике и лечении заболеваний щитовидной железы, включая весьма успешное лечение рака щитовидной железы радиоактивным йодидом после тиреоидэктомии. [11] [14]
Симпортер Na-K-2Cl . Этот специфический котранспортер регулирует объем клетки, контролируя содержание воды и электролита внутри клетки. [15] Котранспортер Na-K-2Cl жизненно важен для секреции соли в клетках секреторного эпителия, а также для реабсорбции соли в почках. [16] Существуют две разновидности симпортера Na-K-2Cl, известные как NKCC1 и NKCC2. Котранспортный белок NKCC1 встречается во всем организме, но NKCC2 обнаруживается только в почках и удаляет натрий, калий и хлорид, содержащиеся в моче организма, поэтому они могут всасываться в кровь. [17]
Транспортер ГАМК (GAT) – переносчики нейротрансмиттера γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) являются членами семейства переносчиков растворенных веществ 6 (SLC6) натрий- и хлорид-зависимых переносчиков рецепторов нейротрансмиттеров, которые расположены в плазматической мембране и регулируют концентрацию ГАМК в синаптическая щель . Ген SLC6A1 кодирует транспортеры ГАМК. [18] Транспортеры электрогенны и пары 2 Na + , 1 кл. − и 1 ГАМК для внутренней транслокации. [11] [19]
К + кл. − Симпортер – К + -Cl − Семейство котранспортеров состоит из четырех специфических симпортеров, известных как KCC1, KCC2, KCC3 и KCC4. Изоформа KCC2 специфична для нейрональной ткани, а остальные три можно обнаружить в различных тканях по всему организму. Это семейство котранспортеров контролирует уровни концентрации калия и хлорида внутри клеток посредством совместного перемещения K. + /ЧАС + и Cl − /HCO3 − обменников или посредством совместного движения обоих ионов за счет концентрации активируемых каналов. Четыре известных белка KCC объединяются, образуя два отдельных подсемейства, где KCC1 и KCC3 соединяются вместе, а KCC2 и KCC4 становятся парой, облегчая движение ионов. [20]
Сопутствующие заболевания
[ редактировать ]Таблица 1: Список болезней, связанных с переносчиками. [21]
| Символы/имена транспортеров | Соответствующие заболевания |
|---|---|
| 4F2HC, SLC3A2 | лизинуровый |
| АВС-1, АВС1 | Танжерская болезнь |
| АВС7, hABC7 | Х-сцепленная сидеробластная анемия |
| АБКР | Болезнь Штаргардта , Fundus flavimaculatus |
| АЕ1, SLC4A1 | эллиптоцитоз , овалоцитоз , гемолитическая анемия , сфероцитоз , почечный канальцевый ацидоз |
| АЕ2, SLC4A2 | врожденная хлоридорея |
| АЕ3, SLC4A3 | врожденная хлоридорея |
| ВОЗРАСТ | Адренолейкодистрофия |
| АНК | анкилоз (кальцификация); артрит, сопровождающийся отложением минералов, образованием костных выростов и разрушением суставов |
| Аралароподобный, SLC25A13 | II типа у взрослых Цитруллинемия |
| ATBo, SLC1A5, hATBo, ASCT2, AAAT | нейродегенерация |
| БКМП1, УКП4, СЛК25А14 | ХХХ |
| ЦФТР | Муковисцидоз |
| CTR-1, SLC31A1 | Болезнь Менкеса/ Вильсона |
| CTR-2, SLC31A2 | Болезнь Менкеса/Вильсона, Х-сцепленная гипофосфатемия |
| ДТД, SLC26A2 | хондродисплазия/ диастрофическая дисплазия |
| ЕААТ1, SLC1A3, ГЛАСТ1 | Нейродегенерация , Боковой амиотрофический склероз |
| ЕААТ2, SLC1A2, ГЛТ-1 | Нейродегенерация, дикарбоксильная аминоацидурия |
| ЕААТ3, СЛК1А1, ЕААС1 | нейродегенерация |
| ЕААТ4, SLC1A6 | нейродегенерация |
| ЕААТ5, SLC1A7 | нейродегенерация |
| ФИК1 | Прогрессирующий семейный внутрипеченочный холестаз. |
| ТОЧКА, SLC19A1, RFC1 | Мальабсорбция фолата/ мегалобластная анемия |
| GLUT1, SLC2A1 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги , синдром Фанкони-Биккеля , болезнь накопления гликогена Id типа, инсулиннезависимый сахарный диабет , дефект транспорта глюкозы через гематоэнцефалический барьер |
| GLUT2, SLC2A2 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги, синдром Фанкони-Биккеля, болезнь накопления гликогена Id типа, инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД) |
| GLUT3, SLC2A3 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги, синдром Фанкони-Биккеля, болезнь накопления гликогена Id типа, инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД) |
| GLUT4, SLC2A4 | низкий уровень глюкозы в ЦНС, вызывающий судороги, синдром Фанкони-Биккеля, болезнь накопления гликогена Id типа, инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД) |
| GLUT5, SLC2A5 | Изолированная мальабсорбция фруктозы |
| ЭТО | анемия , генетический гемохроматоз |
| ХТТ, SLC6A4 | черты, связанные с тревогой |
| ЛАТ-2, SLC7A6 | Непереносимость лизинурического белка |
| ЛАТ-3, SLC7A7 | непереносимость лизинурического белка |
| МДР1 | рак человека |
| МДР2, МДР3 | Семейный внутрипеченочный холестаз |
| ППМ1 | рак человека |
| НБК | Синдром Дауна |
| НБК1, SLC4A4 | почечный канальцевый ацидоз |
| НБК3, SLC4A7 | врожденный гипотиреоз |
| NCCT, SLC12A3, ТСЦ | синдром Гительмана |
| НХЕ2, SLC9A2 | Болезнь включения микроворсинок |
| ННЕ3, SLC9A3/3P | Болезнь включения микроворсинок |
| НИС, SLC5A5 | врожденный гипотиреоз |
| НКСС1, SLC12A2 | синдром Гительмана |
| НКСС2, СЛК12А1 | синдром Бартера |
| НОТР | Синдром ДиДжорджа , велокардиофациальный синдром |
| НРАМП2, ДКТ1, СЛК11А2, | Синдром дефицита внимания с гиперактивностью |
| НТКП2,ИСБТ,СЛК10А2 | первичная мальабсорбция желчных кислот (PBAM) |
| ОКТН2, SLC22A5 | системный дефицит карнитина (прогрессирующая кардиомиопатия , скелетная миопатия , гипогликемия , гипераммониемия , синдром внезапной детской смерти ) |
| ОРНТ1, SLC25A15 | ХХХ |
| ПМП34, СЛК25А17 | Болезнь Грейвса |
| рБАТ, SLC3A1, D2 | цистинурия |
| САТТ, SLC1A4, ASCT1 | нейродегенерация |
| SBC2 | гипоцитратурия |
| ЖЕСТКИЙ | различные психические расстройства |
| СГЛТ1, СЛК5А1 | почечная глюкозурия /мальабсорбция глюкозы-галактозы |
| СГЛТ2, SLC5A2 | почечная глюкозурия |
| СМВТ, SLC5A6 | тревожные черты, депрессия |
| ТАР1 | ювенильный псориаз |
| y+L | Цистинурия I типа |
См. также
[ редактировать ]- Симпортер Na-K-2Cl
- Котранспортер K-Cl
- Котранспортер натрия/фосфата
- Белки-переносчики натрия и глюкозы
- Транспортер глюкозы
- Муковисцидоз
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Лодиш, Харви; Берк, А.; Амон, А.; Бретчер, А.; Кайзер, К.; Крифер, М.; и др. (2013). Молекулярно-клеточная биология (7-е изд.). WH Freeman and Co. Нью-Йорк: ISBN 978-1-4292-3413-9 .
- ^ Перейти обратно: а б Криспилс, Мартен Дж.; Найджел М. Кроуфорд; Джулиан И. Шредер (апрель 1999 г.). «Белки для транспорта воды и минеральных веществ через мембраны растительных клеток» . Растительная клетка . 11 (4): 661–675. дои : 10.1105/tpc.11.4.661 . ПМК 144211 . ПМИД 10213785 .
- ^ Чжао, Фэн-Ци; Эйлин Ф. Китинг (2007). «Функциональные свойства и геномика транспортеров глюкозы» . Современная геномика . 8 (2): 113–128. дои : 10.2174/138920207780368187 . ПМЦ 2435356 . ПМИД 18660845 .
- ^ Гамильтон, Кирк Л. (март 2013 г.). «Роберт К. Крейн — Нет. + - котранспортер глюкозы, чтобы вылечить?» . Frontiers in Physiology . 4 (53): 53. doi : /fphys.2013.00053 . PMC 3605518. 10.3389 PMID 23525627 .
- ^ Перейти обратно: а б Лонгпре, Япония; Лапоинт, JY (5 января 2011 г.). «Определение Na + Скорость оборота котранспортера /глюкозы (SGLT1) с использованием метода ионной ловушки» . Biophysical Journal . 100 (1): 52–9. Bibcode : 2011BpJ...100...52L . doi : 10.1016/j.bpj.2010.11. 012 . ПМЦ 3010014 .
- ^ Джардецки, О. (27 августа 1966 г.). «Простая аллостерическая модель мембранных насосов». Природа . 211 (5052): 969–70. Бибкод : 1966Natur.211..969J . дои : 10.1038/211969a0 . ПМИД 5968307 . S2CID 4178898 .
- ^ Блауштайн, член парламента; Ледерер, WJ (июль 1999 г.). «Обмен натрия/кальция: его физиологическое значение». Физиологические обзоры . 79 (3): 763–854. дои : 10.1152/physrev.1999.79.3.763 . ПМИД 10390518 . S2CID 6963309 .
- ^ Лодиш, Харви (2000). Молекулярно-клеточная биология (4-е изд., 1-е печатное изд.). Нью-Йорк: Фриман. ISBN 978-0716737063 .
- ^ Райт, Эрнест; Эрик Терк (февраль 2004 г.). «Семейство котранспорта натрия и глюкозы SLC5». Архив Pflügers: Европейский журнал физиологии . 447 (5): 510–518. дои : 10.1007/s00424-003-1063-6 . ПМИД 12748858 . S2CID 41985805 .
- ^ Чен, Син-Чжэнь; Коуди, Майкл Дж.; Джексон, Фрэнсис; Бертелот, Альфред; Лапуант, Жан-Ив (декабрь 1995 г.). «Термодинамическое определение Na + : Коэффициент связывания глюкозы для человеческого котранспортера SGLT1» . Biophysical Journal . 69 (6): 2405–2414. Bibcode : 1995BpJ....69.2405C . doi : 10.1016/s0006-3495(95)80110-4 . PMC 1236478 . ПМИД 8599647 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Физиологияweb. «Вторичный активный транспорт» . Физиология . Проверено 4 декабря 2013 г.
- ^ Райт, Эрнест М.; Дональд Д.Ф. Лу; Брюс А. Хираяма; Эрик Терк (декабрь 2004 г.). «Удивительная универсальность Na + -Котранспортеры глюкозы: SLC5». Физиология . 19 (6): 370–376. doi : 10.1152/physyol.00026.2004 . PMID 15546855 .
- ^ Бибер, Юрг; Нати Эрнандо; Ян Форстер (2013). «Переносчики фосфатов и их функции». Ежегодный обзор физиологии . 75 (1): 535–550. doi : 10.1146/annurev-psyol-030212-183748 . ПМИД 23398154 .
- ^ Пародер-Беленицкая, Моника; Маэстас, Мэтью Дж.; Дохан, Орсоля; Никола, Хуан Пабло; Рейна-Нейра, Андреа; Фолленци, Антония; Дадачева Екатерина; Эскандари, Сепер; Амзель, Л. Марио; Карраско, Нэнси (ноябрь 2011 г.). «Механизм анионной селективности и стехиометрия Na + /Я − симпортер (NIS)" . PNAS . 108 (44): 17933–17938. : 2011PNAS..10817933P . doi : 10.1073 /pnas.1108278108 . PMC 3207644. . PMID 22011571 Bibcode
- ^ Лионетто, МГ; Скеттино, Т. (май – июнь 2006 г.). "На + -К + -2Cl − котранспортер и реакция на осмотический стресс в модельном солевом эпителии». Acta Physiologica . 187 (1–2): 115–24. : 10.1111 /j.1748-1716.2006.01536.x . PMID 16734748. . S2CID 42069918 doi
- ^ Хаас, М. (октябрь 1994 г.). «Котранспортеры Na-K-Cl». Американский журнал физиологии . 267 (4 ч. 1): C869–85. дои : 10.1152/ajpcell.1994.267.4.C869 . ПМИД 7943281 .
- ^ Хеберт, Южная Каролина; Маунт, БД; Гамба, Дж. (февраль 2004 г.). «Молекулярная физиология катион-связанного Cl − котранспорт: семейство SLC12». Архив Pflügers: Европейский журнал физиологии . 447 (5): 580–93. : 10.1007 /s00424-003-1066-3 . PMID 12739168. . S2CID 21998913 doi
- ^ Вход в ОМИМ. «137165 - СЕМЕЙСТВО РАСТВОРЕННЫХ НОСИТЕЛЕЙ 6 (ТРАНСПОРТЕР НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ, ГАМК), ЧЛЕН 1; SLC6A1» . Университет Джонса Хопкинса . Проверено 8 декабря 2013 г.
- ^ GeneCads. «Ген SLC6A11» . Институт науки Вейцмана . Проверено 8 декабря 2013 г.
- ^ Меркадо, А; Песня, Л; Васкес, Н.; Маунт, БД; Гамба, Дж. (29 сентября 2000 г.). «Функциональное сравнение К + -Cl − котранспортеры KCC1 и KCC4» . Журнал биологической химии . 275 (39): 30326–34. doi : 10.1074/jbc.M003112200 . PMID 10913127 .
- ^ «Заболевания, связанные с мембранными транспортерами «База данных мембранных транспортеров для персонализированной медицины» . pharmtao.com .