Мембранные транспортные белки необходимы для
Тра́нспортные белки́ — собирательное название большой группы белков, выполняющих функцию переноса различных лигандов как через клеточную мембрану или внутри клетки (у одноклеточных организмов), так и между различными клетками многоклеточного организма. Транспортные белки могут быть как интегрированными в мембрану, так и водорастворимыми белками, секретируемыми из клетки, находящимися в пери- или цитоплазматическом пространстве, в ядре или органеллах эукариот.
Основные группы транспортных белков:
Содержание
Транспортная функция белков [ править | править код ]
Транспортная функция белков — участие белков в переносе веществ в клетки и из клеток, в их перемещениях внутри клеток, а также в их транспорте кровью и другими жидкостями по организму.
Есть разные виды транспорта, которые осуществляются при помощи белков.
Перенос веществ через клеточную мембрану [ править | править код ]
У всех клеток есть мембрана, состоящая из двойного слоя липидов. В клетку должны поступать многие необходимые для жизни вещества (сахара, аминокислоты, ионы щелочных металлов), но липидный бислой для них практически непроницаем. Поэтому в состав мембраны входят транспортные белки, которые и осуществляют перенос полярных или заряженных соединений. Транспорт этих соединений в клетку делится на активный и пассивный. Пассивный транспорт — транспорт веществ из области с высокой концентрацией в область низкой без затрат энергии, то есть диффузия. Она делится на 2 варианта: простая и облегчённая.
В облегчённой диффузии участвуют белки-переносчики. Этот вариант может сопровождаться конформационными изменениями белка. Есть несколько путей переноса веществ в этом случае: когда участвует один белок и когда участвуют несколько. Если участвует один белок(транслоказа), то он связывает вещество, потом сближается с другой стороной мембраны, отдаёт связанное вещество и возвращается в исходное состояние. Если участвуют несколько белков, то один связывается с веществом, потом передаёт его другому и так далее, пока вещество не дойдёт по цепи до противоположной стороны мембраны.
Пассивный транспорт обеспечивают также белки-каналы. Каналообразующие белки образуют в мембране водные поры, через которые (когда они открыты) могут проходить вещества. особые семейства каналообразующих белков (коннексины и паннексины) формируют щелевые контакты, через которые низкомолекулярные вещества могут транспортироваться из одной клетки в другую (через паннексины и в клетки из внешней среды).
Активный транспорт происходит против градиента концентрации и протекает с затратой энергии. В активном транспорте участвуют белки-переносчики. Энергия, которая требуется для осуществления активного транспорта, обычно получается транспортными белками при расщеплении АТФ. Один из наиболее изученных белков, осуществляющих активный транспорт — Na + /K + -аденозинтрифосфатаза. За полный цикл работы этого насоса в клетку попадают из внешней среды 2 иона K + и выбрасывается наружу 3 иона Na + .
Ещё один путь попадания веществ внутрь клетки — их поглощение путём эндоцитоза. В этом процессе также могут участвовать специальные транспортные белки. Например, гастромукопротеид (внутренний фактор Касла), который синтезируется в клетках слизистой оболочки желудка, обеспечивает поглощение путём эндоцитоза клетками подвздошной кишки витамина B12.
Перенос веществ внутри клетки [ править | править код ]
Этот перенос осуществляется между ядром и другими органоидами и цитоплазмой клетки. Например, перенос белков между ядром и цитоплазмой (ядерно-цитоплазматический транспорт) происходит благодаря ядерным порам, которые пронизывают двухслойную оболочку ядра. Они состоят примерно из тридцати белков — нуклеопоринов. Вещества переносятся из цитоплазмы в ядро клетки вместе с белками — транспортинами. Эти белки узнают вещества, предназначенные для транспорта в ядро, и связываются с ними. Затем этот комплекс белков заякоривается на белках ядерной поры и попадает в её канал, а затем в ядро. Там она связывается ещё с одним белком и распадается, а транспортины направляются обратно в цитоплазму.
Перенос белков из цитоплазмы к другим органоидам клетки происходит с помощью белков-переносчиков. В этом процессе участвуют также шапероны.
Также для транспортировки веществ внутри клеток используются микротрубочки — структуры, состоящие из белков тубулинов. По их поверхности могут передвигаться митохондрии и мембранные пузырьки с грузом (везикулы). Этот транспорт осуществляют моторные белки. Они делятся на два типа: цитоплазматические динеины и кинезины. Эти две группы белков различаются тем, от какого конца микротрубочки они перемещают груз: динеины от + -конца к — -концу, а кинезины в обратном направлении.
Перенос веществ по организму [ править | править код ]
Транспорт веществ по организму в основном осуществляется кровью. Кровь переносит гормоны, пептиды, ионы от эндокринных желез к другим органам, переносит конечные продукты метаболизма к органам выделения, переносит питательные вещества и ферменты, кислород и углекислый газ.
Наиболее известный транспортный белок, осуществляющий транспорт веществ по организму — это гемоглобин. Он переносит кислород и диоксид углерода по кровеносной системе от лёгких к органам и тканям. У человека около 15 % углекислого газа транспортируется к лёгким с помощью гемоглобина. В скелетных и сердечной мышцах перенос кислорода выполняется белком, который называется миоглобин.
В плазме крови всегда находятся транспортные белки — сывороточные альбумины. Жирные кислоты, например, транспортируются альбуминами сыворотки крови. Кроме того, белки группы альбуминов, например, транстиретин, транспортируют гормоны щитовидной железы. Также важнейшей транспортной функцией альбуминов является перенос билирубина, желчных кислот, стероидных гормонов, лекарств (аспирин, пенициллины) и неорганических ионов.
Другие белки крови — глобулины переносят различные гормоны, липиды и витамины. Транспорт ионов меди в организме осуществляет глобулин — церулоплазмин, транспорт ионов железа — белок трансферрин, транспорт витамина B12 — транскобаламин.
Транспорт веществ внутрь и наружу клетки, а также между цитоплазмой и различными субклеточными органеллами (митохондриями, ядром и т.д.) обеспечивается мембранами. Если бы мембраны были глухим барьером, то внутриклеточное пространство оказалось бы недоступным для питательных веществ, а продукты жизнедеятельности не могли бы быть удалены из клетки. В то же время при полной проницаемости было бы невозможно накопление определенных веществ в клетке. Транспортные свойства мембраны характеризуются полупроницаемостью: некоторые соединения могут проникать через нее, а другие — нет:
Проницаемость мембран для различных веществ
Одна из главных функций мембран — регуляция переноса веществ. Существуют два способа переноса веществ через мембрану: пассивный и активный транспорт:
Транспорт веществ через мембраны
Пассивный транспорт. Если вещество движется через мембрану из области с высокой концентрацией в сторону низкой концентрации (т.е. по градиенту концентрации этого вещества) без затраты клеткой энергии, то такой транспорт называется пассивным, или диффузией. Различают два типа диффузии: простую и облегченную.
Простая диффузия характерна для небольших нейтральных молекул (H2O, CO2, O2), а также гидрофобных низкомолекулярных органических веществ. Эти молекулы могут проходить без какого-либо взаимодействия с мембранными белками через поры или каналы мембраны до тех пор, пока будет сохраняться градиент концентрации.
Облегченная диффузия. Характерна для гидрофильных молекул, которые переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с помощью специальных мембранных белков — переносчиков. Для облегченной диффузии, в отличие от простой, характерна высокая избирательность, так как белок переносчик имеет центр связывания комплементарный транспортируемому веществу, и перенос сопровождается конформационными изменениями белка. Один из возможных механизмов облегченной диффузии может быть следующим: транспортный белок (транслоказа) связывает вещество, затем сближается с противоположной стороной мембраны, освобождает это вещество, принимает исходную конформацию и вновь готов выполнять транспортную функцию. Мало известно о том, как осуществляется передвижение самого белка. Другой возможный механизм переноса предполагает участие нескольких белков-переносчиков. В этом случае первоначально связанное соединение само переходит от одного белка к другому, последовательно связываясь то с одним, то с другим белком, пока не окажется на противоположной стороне мембраны.
Активный транспорт имеет место в том случае, когда перенос осуществляется против градиента концентрации. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Активный транспорт служит для накопления веществ внутри клетки. Источником энергии часто является АТР. Для активного транспорта кроме источника энергии необходимо участие мембранных белков. Одна из активных транспортных систем в клетке животных отвечает за перенос ионов Na + и K + через клеточную мембрану. Эта система называется Na + — K + — насос. Она отвечает за поддержание состава внутриклеточной среды, в которой концентрация К + выше, чем Na + :
Механизм действия Na + , K + -АТР-азы
Градиент концентрации калия и натрия поддерживается путем переноса К + внутрь клетки, а Na + наружу. Оба транспорта происходят против градиента концентрации. Такое распределение ионов определяет содержание воды в клетках, возбудимость нервных клеток и клеток мышц и другие свойства нормальных клеток. Na + ,K + -насос представляет собой белок — транспортную АТР-азу. Молекула этого фермента является олигомером и пронизывает мембрану. За полный цикл работы насоса из клетки в межклеточное вещество переносится три иона Na + , а в обратном направлении — два иона К + . При этом используется энергия молекулы АТР. Существуют транспортные системы для переноса ионов кальция (Са 2+ — АТР-азы), протонные насосы (Н + — АТР-азы) и др. Симпорт это активный перенос вещества через мембрану, осуществляемый за счет энергии градиента концентрации другого вещества. Транспортная АТР-аза в этом случае имеет центры связывания для обоих веществ. Антипорт — это перемещение вещества против градиента своей концентрации. При этом другое вещество движется в противоположном направлении по градиенту своей концентрации. Симпорт и антипорт могут происходить при всасывании аминокислот из кишечника и реабсорбции глюкозы из первичной мочи. При этом используется энергия градиента концентрации ионов Na + , создаваемого Na + , K + -АТР-азой.
К мембранным белкам относятся белки, которые встроены в клеточную мембрану или мембрану клеточной органеллы или ассоциированы с таковой. Около 25 % всех белков являются мембранными.[1]
Типы транспортных белков биомембраны. Переносчик лекарств как активный транспортер.
Белки — обязательный компонент биологических мембран. Для многих веществ, которые необходимы клетке для роста и получения энергии, липидный бислой практически непроницаем, и в мембране должны существовать "поры" для транспорта веществ в клетку и из клетки. Транспорт веществ, которые медленно проходят через липидный бислой, осуществляют транспортные белки.
Одни белки находятся на поверхности мембраны (периферические), другие частично погружены в липидный слой или пронизывают мембрану насквозь (интегральные белки).
Интегральные белки, так же как и липиды, обладают свойством амфифильности: та часть белка, которая находится в мембране, состоит из гидрофобных аминокислот, скрученных в α-спираль; другая часть, выступающая из мембраны, — гидрофильных аминокислот. Интегральные белки удерживаются в мембране благодаря гидрофобным взаимодействиям. Но иногда их удерживают молекулы цитоскелета – микротрубочки и микрофиламенты. К концу интегрального белка, выступающего во внеклеточную среду, могут быть присоединены углеводы. Эти комплексы называются гликопротеинами. Они часто являются рецепторами, участвующими в иммунных реакциях. Примерами интегральных белков являются белок фоторецепторных мембран – бактериородопсин, пронизывающий мембрану семь раз, белок эритроцитов – гликофорин, к полипептидной цепи которых могут быть присоединены различные олигосахариды; эти гликопротеины определяют группу крови системы АВ0. Многие интегральные белки образуют каналы, через которые могут проходить водорастворимые молекулы и ионы. В этом случае внутренняя часть канала содержит гидрофильные радикалы аминокислот. Интегральные белки связаны с липидами прочными гидрофобными взаимодействиями.
Периферические белки могут находиться как с внутренней, так и с внешней стороны мембраны. Обычно они связаны с липидами электростатическими взаимодействиями, то есть значительно слабее, чем интегральные белки. Поэтому периферические белки легко удаляются с мембраны.
Транспорт через мембрану, катализируемый унипортерами.
унипортер – часть мембранно-транспортной системы, обеспечивающая проход внутрь клетки через мембрану одного вещества.
Унипорт — один из типов активного транспорта, происходящего в живом организме, при котором ион или молекула вещества перемещается в одном направлении в зависимости от градиента концентрации. При этом виде активного транспорта переносчик функционирует только по отношению к молекулам или ионам одного вида.
Унипорт — наиболее простой вид переноса какого-либо растворенного вещества с одной стороны мембраны на другую, осуществляемый по механизму простой или облегченной диффузии.
Роль МФ в движении цитоплазмы.
Одним из важнейших свойств ц-мы живой клетки является ее способность к движению. Движение ц-мыиграет важную роль в осуществлении обмена и распределении вещ-тв внутри клетки, а также хар-зует уровень жизнедеятельности клеточных структур. О движении цит-мы можно судить по перемещению органелл в крупных клетках с большими вакуолями. В осуществлении движения цитоплазмы принимают участие элементы цитоскелета — МФ. Источником этого движения служит АТФ.
Внутриклеточное движение возникает при взаимодействии МФ из актина (актиновых нитей) с миозином.
МФ встречаются во всех клетках эукариот. Особенно они обильны в высокоспециализированных мышечных волокнах и клетках, выполняющих функции сокращения мышц. МФ входят также в состав специальных клеточных компонентов, таких как микроворсинки, ленточные соединения эпителиальных клеток. МФ образуют пучки в цитоплазме подвижных клеток животных и слой под плазматической мембраной — кортикальный слой. У многих растительных клеток и клеток низших грибов они располагаются в слоях движущейся цитоплазмы.
Что касается прокариот, то у сине-зеленых водорослей, способных к скользящему движению, и у бактерий существуют МФ (диаметром 4-6 нм) неизвестной химической природы, актиновые же нити имеются среди бактерий только у микоплазм, которые тоже обладают скользящим движением.
Изменение формы клеток (напр., при образовании псевдоподобий) происходит за счет изменения длины МФ (в результате дополнительной полимеризации или, напротив, деполимеризации актина), и, возможно, за счёт взаимодействия актина с миозином по типу сокращения в мышечных тканях.Так реализуются следующие формы клеточного движения:миграция клеток в эмбриогенезе,передвижение макрофагов, фаго- и пиноцитоз, рост аксонов (у нейронов) и т.д.
Можно что с 27 дополнить)
Щелевые контакты
Щелевое соединение, щелевой контакт — тип соединения клеток в организме с помощью белковых каналов (коннексонов). Через щелевые контакты могут непосредственно передаваться от клетки к клетке электрические сигналы (потенциалы действия), а также малые молекулы. Этим щелевые контакты отличаются от плазмодесм, через которые могут транспортироваться макромолекулы и даже органоиды.
Структурную основу щелевого соединения составляют коннексоны — каналы, образуемые шестью белками-коннексинами. В нервной системе щелевое соединение между нейронами встречается в так называемых электрических синапсах. Отдельные коннексоны обычно сосредоточены на ограниченных по площади участках мембран — нексусах, или бляшках. В области нексуса мембраны соседних клеток сближены, расстояние между ними составляет 2-4 нм.
У позвоночных основу щелевых контактов составляют коннексины — первое из описанных семейств белков щелевых контактов. В геноме человека идентифицирован 21 ген щелевых контактов, в геноме мыши — 20 генов.
У беспозвоночных имеется другое семейство белков щелевых контактов, сходных с коннексинами по структуре и функциям. но негомологичных им — иннексины.
Позднее выяснилось, что у позвоночных, кроме коннексинов, имеются также белки, гомологичные иннексинам. Эти белки, открытые группой российских ученых,[1] получили название паннексины. В геноме человека и мыши к настоящему времени идентифицированы 3 гена паннексинов [2].
Основная функция щелевых контактов — электрическое соединение двух клеток, а также перенос небольших молекул между ними. В нервной системе щелевые контакты — один из способов передачи возбуждения между нейронами, электрический синапс. В сердце щелевые контакты соединяют кардиомиоциты для обеспечения синхронности сокращения всех клеток одного отдела. Щелевые контакты встречаются практически во всех тканях. Одним из исключений является поперечно-полосатая мускулатура, где клеткам не требуется электрическая связь, поскольку они там слиты в симпласт.
Классы гликозаминогликанов
— Гиалуроновая кислота находится во многих органах и тканях. В хряще она связана с белком и участвует в образовании протеогликановых агрегатов, в некоторых органах встречается и в свободном виде. Предполагается, что в суставной жидкости гиалуроновая кислота выполняет роль смазочного вещества, уменьшая трение между суставными поверхностями.
— Хондроитинсульфаты — самые распространенные гликозаминогликаны в организме человека; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связях, артериях, роговице глаза.
— Кератансульфаты — наиболее гетерогенные гликозаминогликаны; отличаются друг от друга по суммарному содержанию углеводов и распределению в разных тканях.
— Дерматансульфаты широко распространен в тканях животных, особенно он характерен для кожи, кровеносных сосудов, сердечных клапаов. В составе малых протеогликанов (бигликана и дикорина) дерматансульфат содержится в межклеточном веществе хрящей, межпозвоночных дисков, менисков.
— Гепарин — важный компонент противосвертывающей системы крови (его применяют как антикоагулянт при лечении тромбозов). Наибольшие количества гепарина обнаруживается в легких, речени и коже.
— Гепарансульфат находится во многих органах и тканях. Он входит в состав протеогликанов базальных мембран.
В межклеточном матриксе присутствуют разные протеогликаны. Среди них есть очень крупные — например агрекан и версикан. Кроме них, в межклеточном матриксе имеется целый набор так называемых малых протеогликанов, которые широко распространены в разных видах соединительной ткани и выполняют там самые разнообразные функции.
Малые протеогликаны — протеогликаны с низкой молекулярной массой. Они содержатся в хрящах, сухожилиях, связках, менисках, коже и других видах соединительной ткани.
Эти протеогликаны имеют небольшой коровый белок, к которому присоединены одна или две цепи гликозаминогликанов. Наиболее изучены декорин, бигликан, фибромодулин, люмикан, перлекан.
Ароматические амины и амиды
Многие ароматические амины и амиды широко производятся в промышленности красителей и используются в различных отраслях и в быту.
В настоящее время доказано, что не все ароматические амины являются канцерогенами.
Ароматические амины принадлежат к той категории канцерогенов, которые обладают резорбтивным действием.
Нитрозосоединения
Наряду с токсичностью и канцерогенностью, эти агенты являются также тератогенными и мутагенными и могут выраженно влиять на синтез ДНК, РНК и белка.
Химически стабильные нитрозосоединения разрушаются в организме быстро после введения, причем метаболизм осуществляется, главным образом (хотя и не исключительно), в печени.
Металлы
Некоторые металлы, в частности хром, бериллий, никель, кобальт и кадмий обладают генотоксической кацерогенностью. Степень их канцерогенной активности и органы-мишени во многом определяются растворимостью в тканевых жидкостях и путях выведения из организма. Особенно это свойство ярко выражено у шестивалентного хрома.
Типы транспортных белков биомембраны. Переносчик лекарств как активный транспортер.
Белки — обязательный компонент биологических мембран. Для многих веществ, которые необходимы клетке для роста и получения энергии, липидный бислой практически непроницаем, и в мембране должны существовать "поры" для транспорта веществ в клетку и из клетки. Транспорт веществ, которые медленно проходят через липидный бислой, осуществляют транспортные белки.
Одни белки находятся на поверхности мембраны (периферические), другие частично погружены в липидный слой или пронизывают мембрану насквозь (интегральные белки).
Интегральные белки, так же как и липиды, обладают свойством амфифильности: та часть белка, которая находится в мембране, состоит из гидрофобных аминокислот, скрученных в α-спираль; другая часть, выступающая из мембраны, — гидрофильных аминокислот. Интегральные белки удерживаются в мембране благодаря гидрофобным взаимодействиям. Но иногда их удерживают молекулы цитоскелета – микротрубочки и микрофиламенты. К концу интегрального белка, выступающего во внеклеточную среду, могут быть присоединены углеводы. Эти комплексы называются гликопротеинами. Они часто являются рецепторами, участвующими в иммунных реакциях. Примерами интегральных белков являются белок фоторецепторных мембран – бактериородопсин, пронизывающий мембрану семь раз, белок эритроцитов – гликофорин, к полипептидной цепи которых могут быть присоединены различные олигосахариды; эти гликопротеины определяют группу крови системы АВ0. Многие интегральные белки образуют каналы, через которые могут проходить водорастворимые молекулы и ионы. В этом случае внутренняя часть канала содержит гидрофильные радикалы аминокислот. Интегральные белки связаны с липидами прочными гидрофобными взаимодействиями.
Периферические белки могут находиться как с внутренней, так и с внешней стороны мембраны. Обычно они связаны с липидами электростатическими взаимодействиями, то есть значительно слабее, чем интегральные белки. Поэтому периферические белки легко удаляются с мембраны.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
