Una proteína transportadora de membrana (o simplemente transportador) es una proteína de membrana implicada en el movimiento de iones, moléculas pequeñas y macromoléculas, como otra proteína, a través de una membrana biológica. Las proteínas de transporte son proteínas transmembrana integrales; es decir, existen permanentemente dentro y atraviesan la membrana a través de la cual transportan sustancias. Las proteínas pueden ayudar en el movimiento de sustancias mediante difusión facilitada o transporte activo. Los dos tipos principales de proteínas implicadas en dicho transporte se clasifican en términos generales como canales o portadores. Los transportadores de solutos y las SLC atípicas son transportadores secundarios activos o facilitadores en humanos. En conjunto, los transportadores y canales de membrana se conocen como transportoma. Los transportomas gobiernan la entrada y salida celular no solo de iones y nutrientes sino también de fármacos.
Diferencia entre canales y operadores
Un portador no está abierto simultáneamente al entorno extracelular e intracelular. O su puerta interior está abierta o su puerta exterior está abierta. Por el contrario, un canal puede estar abierto a ambos entornos al mismo tiempo, permitiendo que las moléculas se difundan sin interrupción. Los portadores tienen sitios de unión, pero los poros y canales no. Cuando se abre un canal, millones de iones pueden pasar a través de la membrana por segundo, pero normalmente sólo de 100 a 1000 moléculas pasan a través de una molécula portadora al mismo tiempo. Cada proteína portadora está diseñada para reconocer sólo una sustancia o un grupo de sustancias muy similares. La investigación ha correlacionado defectos en proteínas transportadoras específicas con enfermedades específicas.
Transporte activo
La bomba de sodio-potásico se encuentra en muchas membranas celulares (plasma) y es un ejemplo de transporte activo primario. Potenciado por ATP, la bomba mueve iones de sodio y potasio en direcciones opuestas, cada uno contra su gradiente de concentración. En un único ciclo de la bomba, tres iones de sodio son extruidos y dos iones de potasio se importan en la célula.
El transporte activo es el movimiento de una sustancia a través de una membrana en contra de su gradiente de concentración. Esto suele ser para acumular altas concentraciones de moléculas que una célula necesita, como glucosa o aminoácidos. Si el proceso utiliza energía química, como el trifosfato de adenosina (ATP), se denomina transporte activo primario. El transporte activo secundario implica el uso de un gradiente electroquímico y no utiliza energía producida en la célula. A diferencia de las proteínas de canal que solo transportan sustancias a través de las membranas de forma pasiva, las proteínas transportadoras pueden transportar iones y moléculas de forma pasiva mediante difusión facilitada o mediante transporte activo secundario. Se requiere una proteína portadora para mover partículas desde áreas de baja concentración a áreas de alta concentración. Estas proteínas transportadoras tienen receptores que se unen a una molécula específica (sustrato) que necesita transporte. La molécula o ion a transportar (el sustrato) primero debe unirse a un sitio de unión en la molécula portadora, con una cierta afinidad de unión. Después de la unión, y mientras el sitio de unión mira en la misma dirección, el portador capturará u ocluirá (absorberá y retendrá) el sustrato dentro de su estructura molecular y provocará una translocación interna de modo que la abertura en la proteína ahora mire hacia el otro lado de la proteína. la membrana plasmática. El sustrato de la proteína transportadora se libera en ese sitio, de acuerdo con su afinidad de unión allí.
Difusión facilitada
Difusión facilitada en la membrana celular, mostrando canales iónicos (izquierda) y proteínas portadoras (tres en la derecha).
La difusión facilitada es el paso de moléculas o iones a través de una membrana biológica a través de proteínas de transporte específicas y no requiere aporte de energía. La difusión facilitada se utiliza especialmente en el caso de grandes moléculas polares e iones cargados; Una vez que dichos iones se disuelven en agua, no pueden difundir libremente a través de las membranas celulares debido a la naturaleza hidrófoba de las colas de ácidos grasos de los fosfolípidos que forman las bicapas.
El tipo de proteínas portadoras utilizadas en la difusión facilitada es ligeramente diferente de las utilizadas en el transporte activo. Siguen siendo proteínas transportadoras transmembrana, pero son canales transmembrana cerrados, lo que significa que no se translocan internamente ni requieren ATP para funcionar. El sustrato se toma en un lado del transportador cerrado y, sin utilizar ATP, el sustrato se libera en la célula. La difusión facilitada no requiere el uso de ATP ya que la difusión facilitada, como la difusión simple, transporta moléculas o iones a lo largo de su gradiente de concentración.
Difusión inversa
El transporte inverso, o inversión del transportador, es un fenómeno en el que los sustratos de una proteína transportadora de membrana se mueven en la dirección opuesta a la de su movimiento típico por parte del transportador. La inversión del transportador generalmente ocurre cuando una proteína de transporte de membrana es fosforilada por una proteína quinasa particular, que es una enzima que agrega un grupo fosfato a las proteínas.
Tipos
(Agrupados por categorías de la base de datos de clasificación de transportadores)
1: Canales/poros
Canales de proteínas α-helicales como el canal de iones con voltaje (VIC), canales de iones con ligand (LGICs)
β-barrel porins tales como aquaporin
toxinas formadoras de canales, incluyendo colicinas, toxina difteria, y otros
Canales sintetizados noribósicamente como la gracidina
Holinas; que funcionan en la exportación de enzimas que digeren las paredes celulares bacterianas en un primer paso de la lisis celular.
La difusión facilitada ocurre dentro y fuera de la membrana celular a través de canales/poros y portadores/portadores.
Nota:
Canales:
Los canales están en estado abierto o cerrado. Cuando un canal se abre con un ligero cambio conformacional, se abre a ambos entornos simultáneamente (extracelular e intracelular).
Esta imagen representa simport. El triángulo amarillo muestra el gradiente de concentración para los círculos amarillos mientras que el triángulo verde muestra el gradiente de concentración para los círculos verdes y las varillas púrpuras son el paquete de proteínas de transporte. Los círculos verdes se mueven contra su gradiente de concentración a través de una proteína de transporte que requiere energía mientras los círculos amarillos bajan su gradiente de concentración que libera energía. Los círculos amarillos producen más energía a través de la quimiosmosis que lo que se requiere para mover los círculos verdes para que el movimiento se acopla y algo de energía se cancela. Un ejemplo es la permease de lactosa que permite a los protones bajar su gradiente de concentración en la célula mientras que también bombea lactosa en la célula.Poros:
Los poros están continuamente abiertos a ambos entornos, porque no sufren cambios conformacionales. Siempre están abiertos y activos.
2: Transportadores impulsados por potencial electroquímico
También denominadas proteínas portadoras o portadoras secundarias.
La imagen representa uniport. El triángulo amarillo muestra el gradiente de concentración para los círculos amarillos y las varillas púrpuras son el paquete de proteínas de transporte. Desde que bajan su gradiente de concentración a través de una proteína de transporte, pueden liberar energía como resultado de la quimiosmosis. Un ejemplo es GLUT1 que mueve la glucosa por su gradiente de concentración en la célula.Transportadores de aminoácidos excitatorios (EAATs)
3.A: Transportadores impulsados por P-P-bond-hidrolysis:
Transportador de cinta adhesiva ATP (transportador ABC), como MDR, CFTR
ATPase tipo V; ("V" relacionado con vacuolar).
ATPase tipo P; ("P" relacionado con la fosforilación), tales como:
Na+/K+-ATPase
Membrana de plasma Ca2+ ATPase
Bomba de protones
Esta imagen representa antipuerto. El triángulo amarillo muestra el gradiente de concentración para los círculos amarillos mientras que el triángulo azul muestra el gradiente de concentración para los círculos azules y las varillas púrpuras son el paquete de proteínas de transporte. Los círculos azules se mueven contra su gradiente de concentración a través de una proteína de transporte que requiere energía mientras los círculos amarillos bajan su gradiente de concentración que libera energía. Los círculos amarillos producen más energía a través de la quimiosmosis que lo que se requiere para mover los círculos azules para que el movimiento se acopla y algo de energía se cancela. Un ejemplo es el intercambiador de sodio-protón que permite a los protones bajar su gradiente de concentración en la célula mientras bombea el sodio fuera de la célula.ATPase tipo F; ("F" relacionado con el factor), incluyendo: sintasa ATP mitocondrial, sinthasea de cloroplast ATP1
3.B: Transportadores impulsados por la decarboxilación
3.C: Transportadores impulsados por metiltransfer
3.D: Transportadores impulsados por oxidación
3.E: Transportadores de absorción ligera, como la rhodopsin
4: Translocadores de grupo
Los translocadores de grupos proporcionan un mecanismo especial para la fosforilación de los azúcares a medida que se transportan a las bacterias (translocación de grupos PEP)
5: Portadores de electrones
Los transportadores de transferencia de electrones transmembrana en la membrana incluyen transportadores de dos electrones, como las oxidorreductasas de enlace disulfuro (DsbB y DsbD en E. coli), así como transportadores de un electrón, como la NADPH oxidasa. A menudo, estas proteínas redox no se consideran proteínas de transporte.
Ejemplos
Cada proteína transportadora, especialmente dentro de la misma membrana celular, es específica de un tipo o familia de moléculas. Por ejemplo, GLUT1 es una proteína transportadora con nombre que se encuentra en casi todas las membranas de las células animales y que transporta glucosa a través de la bicapa. Otras proteínas portadoras específicas también ayudan al cuerpo a funcionar de manera importante. Los citocromos operan en la cadena de transporte de electrones como proteínas transportadoras de electrones.
Patología
Varias enfermedades hereditarias implican defectos en las proteínas portadoras de una sustancia o grupo de células en particular. La cisteinuria (cisteína en la orina y la vejiga) es una enfermedad que involucra proteínas portadoras de cisteína defectuosas en las membranas de las células renales. Este sistema de transporte normalmente elimina la cisteína del líquido destinado a convertirse en orina y devuelve este aminoácido esencial a la sangre. Cuando este transportador falla, grandes cantidades de cisteína permanecen en la orina, donde es relativamente insoluble y tiende a precipitar. Esta es una de las causas de los cálculos urinarios. Se ha demostrado que algunas proteínas transportadoras de vitaminas están sobreexpresadas en pacientes con enfermedades malignas. Por ejemplo, se ha demostrado que los niveles de proteína transportadora de riboflavina (RCP) están significativamente elevados en personas con cáncer de mama.
