Войти
В биологии ионный транспортер (или ионный насос ) - это трансмембранный белок, который перемещает ионы через биологическую мембрану против их градиента концентрации посредством активного транспорта. Эти первичные переносчики представляют собой ферменты, которые преобразуют энергию из различных источников, включая аденозинтрифосфат (АТФ), солнечный свет и другие реакции окислительно-восстановительных, в потенциальную энергию, хранящуюся в электрохимическом градиенте. Затем эта потенциальная энергия используется вторичными переносчиками, включая переносчики ионов и ионные каналы, для управления жизненно важными клеточными процессами, такими как синтез АТФ.
Переносчики ионов классифицируются как суперсемейство из транспортеров, которые содержат 12 семейств транспортеров. Эти семейства являются частью системы транспортной классификации (TC), которая используется Международным союзом биохимии и молекулярной биологии (IUBMB), и сгруппированы по таким характеристикам, как транспортируемые субстраты, транспортный механизм, используемый источник энергии, а также путем сравнения последовательностей ДНК, составляющих каждый белок. Наиболее важным объединяющим фактором является заряженная природа субстрата, которая указывает на перенос иона, а не на нейтральные частицы.
АТФ-синтаза использует химический (протонный) градиент для генерации АТФ. Переносчики ионов значительно отличаются от ионные каналы. Электрохимический градиент или градиент концентрации - это разница в концентрации химической молекулы или иона в двух отдельных областях. В состоянии равновесия концентрации иона в обеих областях будут равны, поэтому, если есть разница в концентрации, ионы будут стремиться течь «вниз» по градиенту концентрации или от высокой концентрации к низкой. Ионные каналы позволяют определенным ионам, которые войдут в канал, течь вниз по градиенту их концентрации, выравнивая концентрации по обе стороны от клеточной мембраны. Ионные каналы достигают этого посредством облегченной диффузии, которая является разновидностью пассивного транспорта. Напротив, переносчики ионов осуществляют активный транспорт, перемещая ионы против градиента их концентрации. Используя источники энергии, такие как АТФ, переносчики ионов могут перемещать ионы против градиента их концентрации, которые затем могут использоваться вторичными переносчиками или другими белками в качестве источника энергии.
Первичные переносчики используют энергию для переноса ионов, таких как Na, K и Ca, через клеточную мембрану и могут создавать градиенты концентрации. Этот транспорт обычно использует АТФ в качестве источника энергии, но также может генерировать АТФ с помощью таких методов, как цепь переноса электронов в растениях.
Транспортеры, которые используют АТФ, преобразуют энергию АТФ в потенциальную энергия в виде градиента концентрации. Они используют АТФ для переноса иона из низкой концентрации в более высокую. Примерами белков, использующих АТФ, являются АТФазы P-типа, которые переносят ионы Na, K и Ca путем фосфорилирования, АТФазы A-типа, переносящие анионы, и переносчики ABC (АТФ-связывающая кассета транспортеры), которые транспортируют широкий набор молекул. Примеры АТФазы P-типа включают Na / K-АТФазу, которая регулируется Янус-киназой-2, а также Са-АТФаза, которая проявляет чувствительность к концентрациям АДФ и АТФ P -гликопротеин представляет собой пример связывающего транспортный белок ABC в организме человека.
АТФ-продуцирующие транспортеры работают в противоположном направлении по отношению к АТФ-утилизирующим транспортерам. Эти белки переносят ионы от высокой к низкой концентрации с градиентом, но в процессе образуется АТФ. Потенциальная энергия в виде градиента концентрации используется для выработки АТФ. У животных этот синтез АТФ происходит в митохондриях с использованием АТФазы F-типа, иначе известной как АТФ-синтаза. АТФаза V-типа выполняет функцию, противоположную АТФазе F-типа, и используется в растениях для гидролиза АТФ с целью создания протонного градиента. Примерами этого являются лизосомы, которые используют АТФазу V-типа, подкисляющую везикулы или вакуоли растений во время процесса фотосинтеза в хлоропластах. Этот процесс можно регулировать с помощью различных методов, таких как pH.
Вторичные переносчики также переносят ионы против градиента концентрации - от низкой концентрации к высокой - но в отличие от первичных переносчиков, которые используют АТФ для создания градиент концентрации, вторичные переносчики используют потенциальную энергию градиента концентрации, создаваемого первичными переносчиками, для переноса ионов. Симпортеры, такие как симпортер хлорида натрия, транспортируют ион с его градиентом концентрации, и они связывают транспорт второй молекулы в том же направлении. Антипортеры также используют градиент концентрации, но связанная молекула транспортируется в противоположном направлении.
Переносчики ионов могут регулироваться различными способами, такими как фосфорилирование, аллостерическое ингибирование или активация и чувствительность к концентрации ионов. Использование протеинов киназ для добавления фосфатной группы или фосфатаз для дефосфорилирования белка может изменить активность переносчика. Будет ли белок активирован или ингибирован добавлением фосфатной группы, зависит от конкретного белка. При аллостерическом ингибировании регуляторный лиганд может связываться с регуляторным сайтом и либо ингибировать, либо активировать переносчик. Переносчики ионов также могут регулироваться концентрацией иона (не обязательно иона, который он переносит) в растворе. Например, цепь переноса электронов регулируется наличием ионов H (pH) в растворе.
