Transportador de íons - Ion transporter

Em biologia, um transportador é uma proteína transmembrana que move íons (ou outras moléculas pequenas) através de uma membrana biológica para realizar muitas funções biológicas diferentes, incluindo comunicação celular, manutenção da homeostase, produção de energia, etc. Existem diferentes tipos de transportadores, incluindo bombas , uniporters, antiporters e symporters. Transportadores ativos ou bombas de íons são transportadores que convertem energia de várias fontes - incluindo trifosfato de adenosina (ATP), luz solar e outras reações redox - em energia potencial, bombeando um íon para cima em seu gradiente de concentração. Essa energia potencial poderia então ser usada por transportadores secundários, incluindo transportadores de íons e canais de íons, para conduzir processos celulares vitais, como a síntese de ATP .

Esta página está focada principalmente em transportadores de íons que atuam como bombas, mas os transportadores também podem funcionar para mover moléculas por meio de difusão facilitada . A difusão facilitada não requer ATP e permite que as moléculas, que são incapazes de se difundir rapidamente através da membrana ( difusão passiva ), difundam seu gradiente de concentração através desses transportadores de proteínas.

Os transportadores de íons são essenciais para o funcionamento adequado da célula e, portanto, são altamente regulados pela célula e estudados por pesquisadores usando uma variedade de métodos. Alguns exemplos de regulamentos de células e métodos de pesquisa serão dados.

Difusão vs Transporte

Classificação e desambiguação

Os transportadores de íons são classificados como uma super família de transportadores que contém 12 famílias de transportadores. Essas famílias fazem parte do sistema de Classificação de Transporte (TC) usado pela União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB) e são agrupadas de acordo com características como substratos transportados, mecanismo de transporte, fonte de energia utilizada e também comparando as sequências de DNA que constituem cada proteína. O fator unificador mais importante sendo a natureza carregada do substrato que indica o transporte de um íon e não de uma espécie neutra. Os transportadores de íons diferem significativamente dos canais de íons . Os canais são poros que correm através da membrana, enquanto os transportes são proteínas que devem mudar de forma para mudar para qual lado da membrana estão abertos, porque isso os transportadores são muito mais lentos nas moléculas do que os canais.

Um gradiente eletroquímico ou gradiente de concentração é uma diferença na concentração de uma molécula química ou íon em duas áreas separadas. No equilíbrio, as concentrações do íon em ambas as áreas serão iguais, portanto, se houver uma diferença na concentração, os íons buscarão fluir "para baixo" no gradiente de concentração ou de uma concentração alta para uma concentração baixa. Os canais iônicos permitem que os íons específicos que se encaixam no canal fluam para baixo em seu gradiente de concentração, equalizando as concentrações em ambos os lados da membrana celular. Canais de íons e transportadores de íons realizam isso por meio de difusão facilitada, que é um tipo de transporte passivo . No entanto, apenas os transportadores de íons também podem realizar o transporte ativo, que envolve mover os íons contra seu gradiente de concentração. Usando fontes de energia como o ATP, os transportadores de íons são capazes de mover os íons contra seu gradiente de concentração, que podem então ser usados ​​por transportadores secundários ou outras proteínas como fonte de energia.

Fonte de energia

Transportador primário

ATPsintase usa um gradiente químico (próton) para gerar ATP

Os transportadores primários usam energia para transportar íons como Na + , K + e Ca 2+ através de uma membrana celular e podem criar gradientes de concentração. Este transporte pode usar ATP como fonte de energia ou pode ser usado para gerar ATP por meio de métodos como a cadeia de transporte de elétrons nas plantas.

Transportador ativo

Os transportadores que usam ATP convertem a energia do ATP em energia potencial na forma de um gradiente de concentração. Eles usam o ATP para transportar um íon de uma concentração baixa para uma concentração mais alta. Exemplos de proteínas que usam ATP são ATPases do tipo P que transferem íons Na + , K + e Ca 2+ por fosforilação, ATPases do tipo A que transferem ânions e transportadores ABC (transportadores de cassete de ligação de ATP) que transportam um amplo conjunto de moléculas. Exemplos de ATPase do tipo P incluem Na + / K + -ATPase que é regulada por Janus Kinase-2, bem como Ca 2+ ATPase que exibe sensibilidade às concentrações de ADP e ATP A glicoproteína P é um exemplo de uma proteína de ligação de transporte ABC no corpo humano.

Transportador de produção de ATP

Os transportadores que produzem ATP funcionam na direção oposta dos transportadores que utilizam ATP. Essas proteínas transportam íons de alta para baixa concentração com o gradiente, mas no processo o ATP é formado. A energia potencial na forma de gradiente de concentração é usada para gerar ATP. Em animais, essa síntese de ATP ocorre na mitocôndria usando ATPase do tipo F, também conhecida como ATP sintase . Este processo utiliza a cadeia de transporte de elétrons em um processo denominado fosforilação oxidativa . A ATPase do tipo V tem a função oposta à ATPase do tipo F e é usada em plantas para hidrolisar ATP para criar um gradiente de prótons. Exemplos disso são os lisossomas que usam vesículas acidificadas de ATPase do tipo V ou vacúolos vegetais durante o processo de fotossíntese nos cloroplastos. Este processo pode ser regulado por meio de vários métodos, como pH.

Transportador secundário

Simportador Na + Glu
Porters.PNG

Os transportadores secundários também transportam íons (ou moléculas pequenas) contra o gradiente de concentração - de baixa concentração a alta concentração - mas ao contrário dos transportadores primários que usam ATP para criar um gradiente de concentração, os transportadores secundários usam a energia potencial do gradiente de concentração criado pelos transportadores primários para transportar íons. Por exemplo, o transportador de glicose dependente de sódio encontrado no intestino delgado e nos rins usa o gradiente de sódio criado na célula pela bomba de sódio e potássio (como mencionado acima) para ajudar a transportar a glicose para a célula. Isso acontece quando o sódio flui para baixo em seu gradiente de concentração, o que fornece energia suficiente para empurrar a glicose para cima em seu gradiente de concentração de volta para a célula. Isso é importante no intestino delgado e nos rins para evitar que percam glicose. Simportadores como o simportador de sódio-glicose transportam um íon com seu gradiente de concentração e acoplam o transporte de uma segunda molécula na mesma direção. Os antipórteres também usam o gradiente de concentração de uma molécula para mover outra para cima em seu gradiente de concentração, mas a molécula acoplada é transportada na direção oposta.

Regulamento

Os transportadores de íons podem ser regulados de várias maneiras diferentes, como fosforilação, inibição ou ativação alostérica e sensibilidade à concentração de íons. O uso de proteínas quinases para adicionar um grupo fosfato ou fosfatases para desfosforilar a proteína pode alterar a atividade do transportador. Se a proteína é ativada ou inibida com a adição do grupo fosfato depende da proteína específica. Com a inibição alostérica, o ligante regulador pode se ligar ao sítio regulador e inibir ou ativar o transportador. Os transportadores de íons também podem ser regulados pela concentração de um íon (não necessariamente o íon que ele transfere) na solução. Por exemplo, a cadeia de transporte de elétrons é regulada pela presença de íons H + (pH) em solução.

Técnicas para estudar transportadores de íons

Patch Clamp

Um patch clamp é uma técnica de eletrofisiologia usada para estudar canais e transportadores em células, rastreando a corrente que passa por eles. Essa técnica foi aperfeiçoada por Hodgkin e Huxley antes que a existência de canais e transportadores fosse conhecida. Além de seu trabalho pioneiro no início, o legado de patch clamping continua e é comumente usado por pesquisadores ainda para estudar transportadores de íons e como os ambientes e ligantes afetam a função do transportador.

Cristalografia de raio-x

A cristalografia de raios X é uma ferramenta incrível que permite visualizar a estrutura das proteínas, porém, é apenas um instantâneo da conformação de uma proteína. A estrutura das proteínas de transporte permite que os pesquisadores entendam melhor como e o que o transportador faz para mover as moléculas através da membrana.

FRAP

Fluorescência após fotobranqueamento (FRAP) é uma técnica usada para rastrear a difusão de lipídios ou proteínas em uma membrana. Esta técnica é usada para entender melhor a mobilidade dos transportadores na célula e suas interações com os domínios lipídicos e as jangadas lipídicas na membrana celular.

FRET

A transferência de energia de ressonância de Förster (FRET) é uma técnica que usa fluorescência para rastrear a proximidade de duas proteínas. Isso tem sido usado no estudo de transportadores para ver como eles interagem com outras proteínas celulares.

Tabela de transportadores de íons

Transportadores de íons
Transportador de neurotransmissor
Transportador de glutamato
Transportador de monoamina
Transportadores GABA
Transportadores de glicina
Transportadores de adenosina
Membrana plasmática Ca 2+ ATPase
Trocador sódio-cálcio
Simportador de cloreto de sódio

Veja também

Referências

links externos