术语“单端口”在生物学中用于描述单个分子在单个方向上穿过细胞膜并沿其浓度梯度下降的运输(促进运输)。
这种通过膜的运输,强加了选择性的渗透性屏障,假设维持或多或少恒定的细胞内环境,这允许建立许多取决于精细分子和能量平衡的细胞功能。
Uniporte运输的代表性方案(来源:Emma Dittmar通过Wikimedia Commons)
细胞之间以及细胞与周围环境之间的通讯是所有生物生命的必不可少的过程,并且在很大程度上取决于一组称为“转运蛋白”的跨膜蛋白。
这些蛋白质负责运输由于其化学性质而不能轻易穿过膜的物质,例如离子和水溶性分子(例如氨基酸和葡萄糖)。
应该注意的是,这种类型的分子从细胞外或细胞外,或从细胞质到细胞器内腔的转运是由特定的转运蛋白介导的,该转运蛋白能够“识别”或鉴定其必须转运的底物。
跨膜运输
一些作者认为细胞膜中存在三种转运蛋白:泵蛋白,通道蛋白和转运蛋白。
-泵
泵是蛋白质,可逆着其浓度梯度或电势输送小分子,并利用来自ATP水解的能量(它们是ATP酶)。这些蛋白质执行所谓的“主动转运”,因为它需要能量。
-通道蛋白
通道蛋白有利于不同离子和水的运输,有利于它们的浓度梯度或电势。它们由蛋白质形成的“管道”组成,这些蛋白质在整个厚度范围内穿过膜,分子以高速度穿过该膜。
有些通道蛋白是永久性开放的,而其他通道蛋白则可以封闭,从而受到特殊刺激。
-转运蛋白
所述载体蛋白是一类蛋白的促进许多离子和通过生物膜分子的运动。
这些蛋白质直接与它们运输的底物相互作用,并且这种相互作用在其结构中产生构象变化,因此,运输具有精细的选择性,并且比所述的其他两种类型慢。
载体蛋白的类型
在科学文献中,通常会找到涉及三种转运蛋白的文本:同向转运蛋白,抗载体和单载体。
同运动和反运动与两个分子的同时运动有关。这使其中一个相对于其浓度梯度或电势的运动与另一个(或多个)对它的梯度(通常是离子)的运动耦合。
具体而言,symport与两个分子在相同方向上的运输协作,而反支撑涉及一个分子在一个方向上的运动以及在另一个方向上的另一方向的运动。
单端口是最简单的膜运输类别,因为它由一次单个分子的运输组成,并有利于其浓度梯度,因此可以说它在某种程度上促进了简单的扩散。
单载体蛋白是例如那些将糖,氨基酸和核苷酸从动物细胞的外部转移到内部的蛋白。
一些细菌,植物和低等真核生物具有载体蛋白超家族的代表,其成员可催化非转运,共转运和反转运。这个超家族被称为“主要促进者超家族”。
特点
单载体蛋白加速了分子从质膜一侧到另一侧的运动。
这种运动在能量上是有利的,因为分子在其浓度梯度的作用下即从“更多”到“更少”的位置迁移。因此,单端口通常被认为是促进扩散或促进运输的一种类型。
一些特定的特征区分这种运输类型:
-分子从一侧到另一侧通过的速度,有利于其通过单载体蛋白的梯度,大于通过简单扩散发生的速度。
-与转运蛋白催化的所有转运蛋白(包括共转运和对映转运)一样,单转运蛋白是特异性的,因为每种蛋白质都能识别特定分子。
-与简单扩散不同,单端口发生在特殊的膜位点(找到转运蛋白的位置),并且由于蛋白质数量有限,它具有最高速度,取决于转运蛋白的数量和浓度被输送的基材的数量。
种类
根据Woelfersberger(1994),单载体蛋白可以分类为通道和转运蛋白或“载体”。
频道
从前面的陈述可以理解,通道蛋白属于单载体转运蛋白的分类。这些类型的蛋白质基本上是穿过膜的亲水孔(与水有关),水和其他溶质可以通过扩散而移动通过,因为有利于它们的浓度梯度发生。
每个蛋白质通道的内部或内腔都以这种方式组织在膜中,使得它可以同时进入膜的任一侧。
输送机或
转运蛋白或载体也是跨膜蛋白,可跨细胞膜的整个厚度形成一种导管。然而,尽管它们在膜的两侧都具有底物结合位点,但是它们并不能同时暴露。
因此,转运蛋白可以促进两个方向的移动,也可以逆向转运,而通道蛋白则不能。
例子
单端口最有代表性的例子是葡萄糖跨哺乳动物细胞质膜转运的情况。这种运输被称为GLUT的一组蛋白质催化(GLUT(英文为Glucose Transporters)的首字母缩写)。
GLUT1的晶体结构,哺乳动物动物细胞膜的葡萄糖转运蛋白(来源:A2-33,来自Wikimedia Commons)
它们是由跨膜至少12次的肽链组成的跨膜蛋白,该肽链在外部和内部均具有葡萄糖结合位点。
这种类型的蛋白质具有两种构象,一种构象是不与葡萄糖结合,另一种构象是与葡萄糖结合。这些蛋白质的构象变化是可逆的和随机的,并取决于葡萄糖的结合。
另外,它们在两个方向上催化运输,这取决于膜一侧或另一侧上的葡萄糖浓度。
参考文献
- 阿尔伯茨(Alberts,B.),约翰逊(Johnson),路易斯(J.),摩根(Morgan),D。拉夫(Raff),M。细胞的分子生物学(第6版)。纽约:花环科学。
- Lodish,H.,Berk,A.,Kaiser,CA,Krieger,M.,Bretscher,A.,Ploegh,H,… Martin,K。(2003)。分子细胞生物学(第5版)。Freeman,WH&Company。
- Beavis,AD和Vercesi,AE(1992)。植物线粒体中的负离子单端口由对Mg2 +不敏感的内膜阴离子通道介导。生物化学杂志,267(5),3079-3087。
- 沃尔夫斯伯格(MG)(1994)。单向转运蛋白,同向转运蛋白和反向转运蛋白。实验生物学杂志,196,5-6。
- Kakuda,DK和MacLeod,CL(1994)。哺乳动物细胞中不依赖Na +的氨基酸和葡萄糖的转运(单向)。实验生物学杂志,196,93-108。
- 马格(Marger)医学博士和赛尔(MH)塞尔(MH)(1993)。跨膜促进因子的主要超家族,催化单向,共向和反向转运。生化科学趋势,18(1),13-20。
- Bonifacino,JS和Lippincott-Schwartz,J.(2003年)。外壳蛋白:塑造膜运输。自然评论,4(五月),409–414