İyon taşıyıcı - Ion transporter

Biyolojide bir taşıyıcı , hücresel iletişim, homeostazın korunması, enerji üretimi vb. dahil olmak üzere birçok farklı biyolojik işlevi gerçekleştirmek için iyonları (veya diğer küçük molekülleri) biyolojik bir zar boyunca hareket ettiren bir transmembran proteindir . Pompalar dahil olmak üzere farklı taşıyıcı türleri vardır. , uniporters, antiporters ve symporters. Aktif taşıyıcılar veya iyon pompaları , bir iyonu konsantrasyon gradyanını yukarı pompalayarak , adenozin trifosfat (ATP), güneş ışığı ve diğer redoks reaksiyonları dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan gelen enerjiyi potansiyel enerjiye dönüştüren taşıyıcılardır . Bu potansiyel enerji daha sonra iyon taşıyıcıları ve iyon kanalları dahil olmak üzere ikincil taşıyıcılar tarafından ATP sentezi gibi hayati hücresel süreçleri yürütmek için kullanılabilir .

Bu sayfa esas olarak pompa görevi gören iyon taşıyıcılarına odaklanmıştır, ancak taşıyıcılar molekülleri kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla hareket ettirme işlevi de görebilir . Kolaylaştırılmış difüzyon, ATP gerektirmez ve zardan hızla geçemeyen ( pasif difüzyon ) moleküllerin, bu protein taşıyıcıları aracılığıyla konsantrasyon gradyanlarını aşağı doğru yaymasına izin verir.

İyon taşıyıcılar, uygun hücre fonksiyonu için gereklidir ve bu nedenle hücre tarafından yüksek oranda düzenlenirler ve çeşitli yöntemler kullanılarak araştırmacılar tarafından incelenirler. Hücre düzenlemelerine ve araştırma yöntemlerine bazı örnekler verilecektir.

Difüzyon ve Taşıma

Sınıflandırma ve anlam ayrımı

İyon taşıyıcılar bir olarak sınıflandırılır süper ailesinin bir nakliyeci taşıyıcıları 12 aileyi içermektedir. Bu aileler, Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği (IUBMB) tarafından kullanılan Taşıma Sınıflandırması (TC) sisteminin bir parçasıdır ve taşınan substratlar, taşıma mekanizması, kullanılan enerji kaynağı ve ayrıca her bir proteini oluşturan DNA dizilerini karşılaştırarak. En önemli birleştirici faktör, nötr bir türün değil, bir iyonun taşındığını gösteren substratın yüklü doğasıdır. İyon taşıyıcıları iyon kanallarından önemli ölçüde farklıdır . Kanallar, zarın içinden geçen gözeneklerdir, taşımalar ise zarın hangi tarafına açık olduğunu değiştirmek için şekil değiştirmesi gereken proteinlerdir, çünkü bu taşıyıcılar hareketli moleküllerde kanallardan çok daha yavaştır.

Bir elektrokimyasal gradyan veya konsantrasyon gradyanı, bir kimyasal molekül veya iyonun iki ayrı alandaki konsantrasyonundaki farktır. Dengede, her iki alandaki iyon konsantrasyonları eşit olacaktır, bu nedenle konsantrasyonda bir fark varsa, iyonlar konsantrasyon gradyanından "aşağıya" veya yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona akmaya çalışacaktır. İyon kanalları , kanala sığacak spesifik iyonların, hücre zarının her iki tarafındaki konsantrasyonları eşitleyerek, konsantrasyon gradyanlarından aşağı akmasına izin verir. İyon kanalları ve iyon taşıyıcıları bunu bir tür pasif taşıma olan kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla gerçekleştirir . Bununla birlikte, yalnızca iyon taşıyıcıları, iyonların konsantrasyon gradyanlarına karşı hareket etmesini içeren aktif taşımayı da gerçekleştirebilir. ATP gibi enerji kaynaklarını kullanarak, iyon taşıyıcıları, daha sonra ikincil taşıyıcılar veya diğer proteinler tarafından bir enerji kaynağı olarak kullanılabilen konsantrasyon gradyanlarına karşı iyonları hareket ettirebilir.

Enerji kaynağı

Birincil taşıyıcı

ATPsentaz, ATP üretmek için bir kimyasal (proton) gradyanı kullanır

Birincil taşıyıcılar, Na + , K + ve Ca 2+ gibi iyonları hücre zarı boyunca taşımak için enerji kullanır ve konsantrasyon gradyanları oluşturabilir. Bu taşıma, ATP'yi bir enerji kaynağı olarak kullanabilir veya bitkilerde elektron taşıma zinciri gibi yöntemlerle ATP üretmek için kullanılabilir.

aktif taşıyıcı

ATP kullanan taşıyıcılar, ATP'deki enerjiyi konsantrasyon gradyanı şeklinde potansiyel enerjiye dönüştürür. Bir iyonu düşük konsantrasyondan daha yüksek konsantrasyona taşımak için ATP'yi kullanırlar. ATP kullanan proteinlerin örnekleri, fosforilasyon yoluyla Na + , K + ve Ca2 + iyonlarını aktaran P-tipi ATPazlar , anyonları aktaran A-tipi ATPazlar ve geniş bir dizi nakleden ABC taşıyıcılarıdır (ATP bağlayıcı kaset taşıyıcıları). moleküller. P-tipi ATPaz örnekleri , Janus Kinaz-2 tarafından düzenlenen Na + /K + -ATPase'in yanı sıra ADP ve ATP konsantrasyonlarına duyarlılık sergileyen Ca2 + ATPaz'ı içerir P-glikoprotein , bir ABC taşıma bağlayıcı proteinin bir örneğidir insan vücudunda.

ATP üreten taşıyıcı

ATP üreten taşıyıcılar, ATP Kullanan taşıyıcıların tersi yönünde çalışır. Bu proteinler, iyonları gradyan ile yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona taşır, ancak işlemde ATP oluşur. ATP üretmek için konsantrasyon gradyanı şeklindeki potansiyel enerji kullanılır. Hayvanlarda bu ATP sentezi, ATP sentaz olarak da bilinen F-tipi ATPaz kullanılarak mitokondride gerçekleşir . Bu işlem, oksidatif fosforilasyon adı verilen bir işlemde elektron taşıma zincirini kullanır . V-tipi ATPaz , F-tipi ATPaz olarak zıt işleve hizmet eder ve bitkilerde bir proton gradyanı oluşturmak için ATP'yi hidrolize etmek için kullanılır. Bunun örnekleri , kloroplastlarda fotosentez işlemi sırasında V-tipi ATPaz asitleştiren vezikülleri veya bitki vakuollerini kullanan lizozomlardır . Bu işlem pH gibi çeşitli yöntemlerle düzenlenebilir.

ikincil taşıyıcı

Na+ Glu Symporter
Porters.PNG

İkincil taşıyıcılar ayrıca iyonları (veya küçük molekülleri) konsantrasyon gradyanına karşı (düşük konsantrasyondan yüksek konsantrasyona) taşır, ancak bir konsantrasyon gradyanı oluşturmak için ATP kullanan birincil taşıyıcıların aksine, ikincil taşıyıcılar birincil taşıyıcılar tarafından oluşturulan konsantrasyon gradyanından gelen potansiyel enerjiyi kullanır. iyonları taşımak için Örneğin , ince bağırsakta ve böbrekte bulunan sodyuma bağımlı glikoz taşıyıcısı , hücrede glikozun hücre içine taşınmasına yardımcı olmak için (yukarıda belirtildiği gibi) sodyum potasyum pompası tarafından hücrede oluşturulan sodyum gradyanını kullanır. Bu, sodyumun, konsantrasyon gradyanını hücreye geri itmek için yeterli enerji sağlayan konsantrasyon gradyanından aşağı akmasıyla olur. Bu, ince bağırsakta ve böbrekte glikoz kaybetmelerini önlemek için önemlidir. Sodyum-glukoz simportörü gibi simporterler, bir iyonu konsantrasyon gradyanı ile taşırlar ve ikinci bir molekülün taşınmasını aynı yönde birleştirirler. Antiporterler ayrıca bir molekülün konsantrasyon gradyanını, bir diğerini konsantrasyon gradyanını yukarı taşımak için kullanır, ancak birleştirilmiş molekül ters yönde taşınır.

Düzenleme

İyon taşıyıcıları, fosforilasyon, allosterik inhibisyon veya aktivasyon ve iyon konsantrasyonuna duyarlılık gibi çeşitli farklı şekillerde düzenlenebilir. Bir fosfat grubu eklemek için protein kinazları veya proteini defosforile etmek için fosfatazları kullanmak , taşıyıcının aktivitesini değiştirebilir. Fosfat grubunun eklenmesiyle proteinin aktive mi yoksa inhibe mi olduğu spesifik proteine ​​bağlıdır. Allosterik inhibisyon ile düzenleyici ligand, düzenleyici bölgeye bağlanabilir ve taşıyıcıyı inhibe edebilir veya aktive edebilir. İyon taşıyıcılar ayrıca çözeltideki bir iyonun konsantrasyonu (aktardığı iyon olması gerekmez) tarafından da düzenlenebilir. Örneğin elektron taşıma zinciri, çözeltideki H + iyonlarının (pH) mevcudiyeti ile düzenlenir .

İyon Taşıyıcıları inceleme teknikleri

Yama kelepçe

Bir yama kelepçesi, hücrelerdeki kanalları ve taşıyıcıları, içinden geçen akımı izleyerek incelemek için kullanılan bir elektrofizyoloji tekniğidir. Bu teknik, kanalların ve taşıyıcıların varlığı bilinmeden önce Hodgkin ve Huxley tarafından mükemmelleştirildi. Çığır açan çalışmalarının yanı sıra, yama kenetleme mirası devam ediyor ve araştırmacılar tarafından hala iyon taşıyıcılarını ve ortamların ve ligandların taşıyıcının işlevini nasıl etkilediğini incelemek için yaygın olarak kullanılıyor.

X-ışını kristalografisi

X-ışını kristalografisi, proteinlerin yapısının görselleştirilmesine izin veren inanılmaz bir araçtır, ancak bu, yalnızca bir protein yapısının anlık görüntüsüdür. Taşıma proteinlerinin yapısı, araştırmacıların, taşıyıcının molekülleri zar boyunca hareket ettirmek için nasıl ve ne yaptığını daha iyi anlamalarını sağlar.

SIKI BAĞLAMAK

Fotoağartma sonrası floresan (FRAP), bir zardaki lipidlerin veya proteinlerin difüzyonunu izlemek için kullanılan bir tekniktir. Bu teknik, hücredeki taşıyıcıların hareketliliğini ve hücre zarındaki lipid alanları ve lipid salları ile etkileşimlerini daha iyi anlamak için kullanılır.

FRET

Förster rezonans enerji transferi (FRET), iki proteinin birbirine ne kadar yakın olduğunu izlemek için floresan kullanan bir tekniktir. Bu, diğer hücresel proteinlerle nasıl etkileşime girdiklerini görmek için taşıyıcıların incelenmesinde kullanılmıştır.

İyon taşıyıcıları tablosu

İyon Taşıyıcılar
nörotransmiter taşıyıcı
glutamat taşıyıcı
monoamin taşıyıcı
GABA taşıyıcıları
glisin taşıyıcıları
Adenozin taşıyıcıları
Plazma zarı Ca 2+ ATPaz
Sodyum-kalsiyum değiştirici
Sodyum klorür simportörü

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar