Cotransporter

Samtransportörer är en underkategori av membrantransportproteiner (transportörer) som kopplar en molekyls gynnsamma rörelse med dess koncentrationsgradient och ogynnsam rörelse hos en annan molekyl mot dess koncentrationsgradient. De möjliggör kopplad eller samtransport (sekundär aktiv transport) och inkluderar antiportörer och symportrar . I allmänhet består samtransportörer av två av de tre klasserna av integrerade membranproteiner som är kända som transportörer som förflyttar molekyler och joner över biomembran. Uniporters är också transportörer men flyttar bara en typ av molekyl ner i sin koncentrationsgradient och klassificeras inte som samtransportörer.

Grundläggande skillnad mellan samtransportörer som kallas antiporters och symporters, och uniporter transporter.

Bakgrund

Samtransportörer kan flytta lösta ämnen antingen uppåt eller nedåt i gradienter med hastigheter på 1000 till 100000 molekyler per sekund. De kan fungera som kanaler eller transportörer, beroende på förhållanden under vilka de analyseras. Rörelsen sker genom att binda till två molekyler eller joner åt gången och använda gradienten av en löst ämnes koncentration för att tvinga den andra molekylen eller jonen mot dess gradient. Vissa studier visar att samtransportörer kan fungera som jonkanaler, vilket motsäger de klassiska modellerna. Till exempel visar vete HKT1-transportören två transportsätt av samma protein.

Samtransportörer kan klassificeras som antiportörer och symportörer . Båda använder elektrisk potential och/eller kemiska gradienter för att flytta protoner och joner mot deras koncentrationsgradient. I växter protonen vara en sekundär substans och hög protonkoncentration i apoplasten driver symporters inåtgående rörelse av vissa joner. En protongradient flyttar jonerna in i vakuolen med proton-natrium antiporter eller proton-kalcium antiporter. I växter distribueras sackarostransport genom växten av protonpumpen där pumpen, som diskuterats ovan, skapar en gradient av protoner så att det finns många fler på ena sidan av membranet än på den andra. När protonerna diffunderar tillbaka över membranet används den fria energin som frigörs av denna diffusion för att samtransportera sackaros. Hos däggdjur transporteras glukos genom natriumberoende glukostransportörer, som använder energi i denna process. Här, eftersom både glukos och natrium transporteras i samma riktning över membranet, skulle de klassas som symportörer. Glukostransportörsystemet antogs först av Dr Robert K. Crane 1960, detta diskuteras senare i artikeln.

Historia

Dr Robert K. Crane och hans skiss för kopplad samtransport

Dr. Robert K. Crane , en Harvard-examen, hade arbetat inom kolhydratbiokemi under ganska lång tid. Hans erfarenhet inom områdena glukos-6-fosfatbiokemi , koldioxidfixering, hexokinas- och fosfatstudier ledde honom till en hypotes om samtransport av glukos tillsammans med natrium genom tarmen. Bilden till höger är av Dr. Crane och hans ritning av samtransportsystemet som han föreslog 1960, vid det internationella mötet om membrantransport och metabolism. Hans studier bekräftades av andra grupper och används nu som den klassiska modellen för att förstå samtransportörer.

Mekanism

Antiporters och symporters transporterar båda två eller flera olika typer av molekyler samtidigt i en kopplad rörelse. En energimässigt ogynnsam rörelse av en molekyl kombineras med en energimässigt gynnsam rörelse av en annan molekyl eller jon(er) för att ge den kraft som behövs för transport. Denna typ av transport är känd som sekundär aktiv transport och drivs av energin som härrör från koncentrationsgradienten av joner/molekyler över membranet som samtransportproteinet är integrerat i.

⁰ Samtransportörer genomgår en cykel av konformationsförändringar genom att koppla rörelsen av en jon med dess koncentrationsgradient (nedförsrörelse) till rörelsen av ett samtransporterat löst ämne mot dess koncentrationsgradient (uppförsbacke). I en konformation kommer proteinet att ha bindningsstället (eller platserna i fallet med symportörer) exponerat mot ena sidan av membranet. Vid bindning av både molekylen som ska transporteras uppför och molekylen som ska transporteras nedför kommer en konformationsförändring att ske. Denna konformationsförändring kommer att exponera de bundna substraten för den motsatta sidan av membranet, där substraten kommer att disassocieras. Både molekylen och katjonen måste vara bundna för att konformationsförändringen ska ske. Denna mekanism introducerades först av Oleg Jardetzky 1966. Denna cykel av konformationsförändringar transporterar bara en substratjon åt gången, vilket resulterar i en ganska långsam transporthastighet (10 till 10 4 joner ^eller molekyler per sekund) jämfört med andra transportproteiner som jonkanaler . Hastigheten med vilken denna cykel av konformationsförändringar sker kallas omsättningshastigheten (TOR) och uttrycks som det genomsnittliga antalet kompletta cykler per sekund som utförs av en enskild samtransportörmolekyl.

Typer

antiporter

symportör

Antiporters

Antiporters använder mekanismen för samtransport (kopplar rörelsen av en jon eller molekyl ner dess koncentrationsgradient med transporten av en annan jon eller molekyl upp i dess koncentrationsgradient), för att flytta jonerna och molekylen i motsatta riktningar. I denna situation kommer en av jonerna att röra sig från det exoplasmatiska utrymmet till det cytoplasmatiska utrymmet medan den andra jonen kommer att röra sig från det cytoplasmatiska utrymmet till det exoplasmatiska utrymmet. Ett exempel på en antiporter är natrium-kalcium-bytaren . Natrium-kalcium-bytaren fungerar för att avlägsna överskott av kalcium från det cytoplasmatiska utrymmet in i det exoplasmatiska utrymmet mot dess koncentrationsgradient genom att koppla dess transport med transporten av natrium från det exoplasmatiska utrymmet nedför dess koncentrationsgradient (etablerad genom den aktiva transporten av natrium ut ur cell genom natrium-kaliumpumpen ) in i det cytoplasmatiska utrymmet. Natrium-kalciumbytaren byter ut 3 natriumjoner mot 1 kalciumjon och representerar en katjonantiporter .

Celler innehåller också anjonantiporter såsom Band 3 (eller AE1) anjontransportprotein. Denna samtransportör är ett viktigt integrerat protein i däggdjurserytrocyter och förflyttar kloridjoner och bikarbonatjoner i ett ett-till-ett-förhållande över plasmamembranet endast baserat på koncentrationsgradienten för de två jonerna. AE1-antiportern är viktig för att ta bort koldioxidavfall som omvandlas till bikarbonat inuti erytrocyten.

Symportörer

I motsats till antiportrar flyttar symportrar joner eller molekyler i samma riktning. I detta fall kommer båda jonerna som transporteras att flyttas antingen från det exoplasmatiska utrymmet till det cytoplasmatiska utrymmet eller från det cytoplasmatiska utrymmet till det exoplasmatiska utrymmet. Ett exempel på en symporter är den natrium-glukoskopplade transportören eller SGLT. SGLT fungerar för att koppla transporten av natrium i det exoplasmatiska utrymmet ned dess koncentrationsgradient (återigen, etablerat genom den aktiva transporten av natrium ut ur cellen av natrium-kaliumpumpen) in i det cytoplasmatiska utrymmet till transporten av glukos i det exoplasmatiska utrymmet utrymme mot dess koncentrationsgradient in i det cytoplasmatiska utrymmet. SGLT kopplar rörelsen av 1 glukosjon med rörelsen av 2 natriumjoner.

Exempel på samtransportörer

Na ⁺ /glukossamtransportör (SGLT1) – är även känd som natriumglukossamtransportör 1 och kodas av SLC5A1-genen. SGLT1 är en elektrogen transportör eftersom den elektrokemiska gradienten av natrium driver glukos uppförsbacke in i cellerna. SGLT1 är en Na ⁺ /glukos-samtransportör med hög affinitet som har en viktig roll för att överföra socker över epitelcellerna i njurens proximala tubuli och i tarmen, särskilt tunntarmen.

Na ⁺ /fosfatsamtransportör (NaPi) – Natriumfosfatsamtransportörer kommer från proteinfamiljerna SLC34 och SLC20. De finns också över epitelcellerna i njurens proximala tubuli och i tunntarmen. Det överför oorganiskt fosfat till celler genom aktiv transport med hjälp av en Na ⁺ -gradient. I likhet med SGTL1 klassificeras de som elektrogena transportörer. NaPi kopplat med 3 Na ⁺ -joner och 1 divalent Pi, klassificeras som NaPi IIa och NaPi IIb. NaPi som kopplar ihop med 2 Na ⁺ och 1 divalent Pi klassificeras som NaPi IIc.

Na ⁺ /I ⁻ symporter (NIS) – Natrium-jodid är en typ av symporter som ansvarar för att överföra jodid i sköldkörteln. NIS finns främst i celler i sköldkörteln och även i bröstkörtlarna. De är belägna på det basolaterala membranet av follikulära celler i sköldkörteln där 2 Na ⁺ -joner och 1 I ^- jon är kopplade för att överföra jodiden. NIS-aktivitet hjälper till vid diagnos och behandling av sköldkörtelsjukdom, inklusive den mycket framgångsrika behandlingen av sköldkörtelcancer med radiojodid efter sköldkörtelektomi.

Na-K-2Cl-symporter – Denna specifika samtransportör reglerar cellvolymen genom att kontrollera vatten- och elektrolytinnehållet i cellen. Na-K-2Cl-samtransportören är avgörande för saltutsöndring i sekretoriska epitelceller tillsammans med reabsorption av njursalt. Två varianter av Na-K-2Cl-symportern finns och är kända som NKCC1 och NKCC2. NKCC1-samtransportproteinet finns i hela kroppen men NKCC2 finns bara i njurarna och tar bort natrium, kalium och klorid som finns i kroppens urin, så att det kan absorberas i blodet.

GABA-transportör (GAT) – neurotransmittor γ-aminosmörsyra (GABA) transportörer är medlemmar av lösta bärarfamiljen 6 (SLC6) av natrium- och kloridberoende neurotransmittorreceptortransportörer som finns i plasmamembranet och reglerar koncentrationen av GABA i den synaptiska klyftan . SLC6A1-genen kodar för GABA-transportörer. Transportörerna är elektrogena och kopplar 2 Na ⁺ , 1 Cl ⁻ och 1 GABA för inåtgående translokation.

K ⁺ Cl ⁻ Symporter – K ⁺ -Cl ⁻ samtransportörfamiljen består av fyra specifika symportrar som kallas KCC1, KCC2, KCC3 och KCC4. KCC2-isoformen är specifik för neuronal vävnad och de andra tre kan hittas i olika vävnader i hela kroppen. Denna samtransportörfamilj kontrollerar koncentrationsnivåerna av kalium och klorid i celler genom den kombinerade rörelsen av K ⁺ /H ⁺ och Cl ^- /HCO3 ^- utbytare eller genom kombinerad rörelse av båda jonerna på grund av koncentrationsaktiverade kanaler. De fyra kända KCC-proteinerna går ihop för att bilda två separata underfamiljer med KCC1 och KCC3 som parar ihop och KCC2 och KCC4 blir ett par för att underlätta jonrörelse.

Associerade sjukdomar

Tabell 1: Lista över sjukdomar relaterade till transportörer.

Transportörsymboler/namn	Relevanta sjukdomar
4F2HC, SLC3A2	Lysinuric
ABC-1, ABC1	Tangers sjukdom
ABC7, hABC7	X-länkad sideroblastisk anemi
ABCR	Stargardts sjukdom , Fundus flavimaculatus
AE1, SLC4A1	elliptocytos , ovalocytos , hemolytisk anemi , sfärocytos , renal tubulär acidos
AE2, SLC4A2	medfödd kloroidorré
AE3, SLC4A3	medfödd kloroidorré
ALDR	Adrenoleukodystrofi
ANK	ankylos (förkalkning); artrit åtföljd av mineralavlagring, bildning av beniga utväxter och ledförstöring
Aralar-liknande, SLC25A13	citrullinemi typ II hos vuxna
ATBo, SLC1A5, hATBo, ASCT2, AAAT	Neurodegeneration
BCMP1, UCP4, SLC25A14	HHH
CFTR	Cystisk fibros
CTR-1, SLC31A1	Menkes/ Wilsons sjukdom
CTR-2, SLC31A2	Menkes/Wilsons sjukdom, X-länkad hypofosfatemi
DTD, SLC26A2	kondrodysplasi/ diastrofisk dysplasi
EAAT1, SLC1A3, GLAST1	Neurodegeneration , Amyotrofisk lateralskleros
EAAT2, SLC1A2, GLT-1	Neurodegeneration, Dikarboxylaminoaciduri
EAAT3, SLC1A1, EAAC1	Neurodegeneration
EAAT4, SLC1A6	Neurodegeneration
EAAT5, SLC1A7	Neurodegeneration
FIC1	Progressiv familjär intrahepatisk kolestas
FOLT, SLC19A1, RFC1	Folatmalabsorption/ megaloblastisk anemi
GLUT1, SLC2A1	lågt CNS-glukos som orsakar anfall , Fanconi-Bickels syndrom , Glykogenlagringssjukdom typ Id, Icke-insulinberoende diabetes mellitus , defekt i glukostransporten över blod-hjärnbarriären
GLUT2, SLC2A2	lågt CNS-glukos som orsakar anfall, Fanconi-Bickels syndrom, glykogenlagringssjukdom typ Id, icke-insulinberoende diabetes mellitus (NIDDM)
GLUT3, SLC2A3	lågt CNS-glukos som orsakar anfall, Fanconi-Bickels syndrom, glykogenlagringssjukdom typ Id, icke-insulinberoende diabetes mellitus (NIDDM)
GLUT4, SLC2A4	lågt CNS-glukos som orsakar anfall, Fanconi-Bickels syndrom, glykogenlagringssjukdom typ Id, icke-insulinberoende diabetes mellitus (NIDDM)
GLUT5, SLC2A5	Isolerad fruktosmalabsorption
HET	anemi , genetisk hemokromatos
HTT, SLC6A4	ångestrelaterade egenskaper
LAT-2, SLC7A6	Lysinurisk proteinintolerans
LAT-3, SLC7A7	lysinuriskt proteinintolerans
MDR1	mänskliga cancerformer
MDR2, MDR3	Familia intrahepatisk kolestas
MRP1	mänskliga cancerformer
NBC	Downs syndrom
NBC1, SLC4A4	renal tubulär acidos
NBC3, SLC4A7	medfödd hypotyreos
NCCT, SLC12A3, TSC	Gitelmans syndrom
NHE2, SLC9A2	Mikrovillus inklusionssjukdom
NHE3, SLC9A3/3P	Mikrovillus inklusionssjukdom
NIS, SLC5A5	medfödd hypotyreos
NKCC1, SLC12A2	gitelmans syndrom
NKCC2, SLC12A1	Bartters syndrom
NORTR	DiGeorges syndrom , velokardiofacialt syndrom
NRAMP2, DCT1, SLC11A2,	Attention deficit hyperactivity disorder
NTCP2, ISBT, SLC10A2	primär gallsyramalabsorption (PBAM)
OCTN2, SLC22A5	systemisk karnitinbrist (progressiv kardiomyopati , skelettmyopati , hypoglykemi , hyperammonemi , plötslig spädbarnsdöd )
ORNT1, SLC25A15	HHH
PMP34, SLC25A17	Graves sjukdom
rBAT, SLC3A1, D2	cystinuri
SATT, SLC1A4, ASCT1	Neurodegeneration
SBC2	hypocitraturi
SERT	olika psykiska störningar
SGLT1, SLC5A1	renal glukosuri / glukos-galaktos malabsorption
SGLT2, SLC5A2	renal glukosuri
SMVT, SLC5A6	ångestrelaterade egenskaper, depression
TAP1	juvenil debut psoriasis
y+L	Typ I cystinuri

Se även