What is a Uniport
Uniport is the type of integral membrane protein, transporting a single type of substrate across the cell membrane by using primary active transport mechanisms. In addition to the active transport, uniport can operate through as well, while transporting the substrate along a diffusion gradient. Usually, a uniport works by binding to one moleculeof the substrateat a time while the opening of the channels may occur in response to a stimulus and allow the free flow of specific molecules. Importantly, uniports participate in biological processes such as transmitting action potentials in neurons.
Figure 2: Uniport, Symport, and Antiport
Экзоцитоз и эндоцитоз
Начнем с экзоцитоза и сделаем это на каком-нибудь примере. Пусть это будут пищеварительные ферменты в поджелудочной железе. Синтезировала значит клетка липазу, но она ведь внутри клетки — это значит проку от нее мало. Нужно ее как-то переместить в проток поджелудочной железы, хорошо было бы использовать белок переносчик. А тут проблемка. Липаза слишком большая — ее не засунуть в белок переносчик. Но ничего — у клетки есть выход.
Все ферменты, белки плазмы, пептидные гормоны и так далее, синтезируются в упаковке — пузырьке (по строению он амфифильный). Оно и правильно, представьте — липаза попадает в цитоплазму клетки и просто переваривает ее. Эти пузырьки направляются к мембране, сливаются с ней и попадают в кровь, межклеточное вещество или проток поджелудочной железы. В общем куда им надо, туда они и попадают.
Экзоцитоз липазы
Теперь эндоцитоз. Все тоже самое только наоборот — это мое лучшее объяснение… Ладно, шутки кончились. На клеточной мембране есть определенный участок с рецепторами — окаймленная ямка. На рецепторах накапливаются макромолекулы, а потом ямка погружается в клетку и охватывает их, образуя пузырек. Этот пузырек направляется к лизосоме, где из него образуются мономеры. Эти мономеры клетка использует по своему усмотрению. Посмотрите картинку и все поймете, базарю.
Эндоцитоз
Таким способом идет фагоцитоз лейкоцитами, а еще так в клетку попадают липопротеиды низкой плотности — это переносчики холестерина и жирных кислот.
Транспорт веществ через биологические мембраны.
заряд клеточной стенки к внешней среде отрицательный).
Чем меньше заряд, тем легче проходят.
Органические вещества.
1) неполярные группировки: СН2, СН3
2) полярные группировки: ОН, СООН
Поступление органических веществ не зависит от молекулярной массы, а определяется составом. Чем больше неполярных группировок, тем легче поступают.
Проницаемость цитоплазмы, поступление молекул и ионов в клетку — это активный процесс обмена веществ.
Под влиянием растворов солей одновалентных металлов (натрий и калий) проницаемость цитоплазмы значительно увеличивается. А под влиянием двухвалентных ионов металлов (кальций и, реже, магний), соответственно, уменьшается.
Таким образом, поддержание проницаемости цитоплазмы на определенном уровне связано с сохранением баланса между ионами содержащимися в окружающей клетку среде и в самой цитоплазме.
Их соотношение определяет вязкость — одна из важнейших характеристик цитоплазмы. Причем, концентрация отдельных ионов в клетке и в среде не бывает одинаковой.
Поступают ионы в клетку путем пассивного не метаболического поглощения, в результате диффузии, по градиенту концентрации и, соответственно, кривой насыщения. И путем метаболической активной абсорбции. Плазматические мембраны хорошо пропускают воду и газы и малопроницаемы для ионов металлов, которые поглощаются и против градиента концентрации.
Пассивный транспорт не требует затрат энергии[править]
Пассивный транспорт — транспорт, не требующий затрат энергии. Он всегда идет по градиенту концентрации — оттуда, где вещества больше, туда, где его меньше. При этом вещества могут диффундировать через липидный бислой (простая диффузия) или проходить через специальные каналообразующие белки (облегченная диффузия). Иногда пассивный транспорт происходит при участии белков-переносчиков.
Через липидный бислой путем пассивного транспорта проходят малые неполярные молекулы (кислород, углекислый газ, азот, бензол) и полярные молекулы массой до 100 дальтон (глицерин, этанол и др.). ВОда обычно также проходит в клетки и из клеток чеез липдных бислой; в особых случаях, когда транспорт воды нужно резко ускорить, она рпоходит через особые канальные белки — аквапорины.
У человека аквапорины экпрессируются многими клетками — прежде всего, клетками почечных канальцев и эритроцитами. Мутации генов аквапоринов приводят к некоторым наседственным болезням — например. могу вызывать наследственную катаракут и наследственный несахарный диабет. Аквапорины и родственные белки — акваглицеропорины — есть также у растений, грибов, протистов и бактерий. Через акваглицеропорины могут проходить глицерин, мочевина, а также (у растений) ортоборная и ортокрмниевая ислоты и похожие на них соединения.
Difference Between Uniport Symport and Antiport
Definition
Uniport refers to an integral membrane protein, which transports a single type of substrate species across the cell membrane. And, symport refers to another integral membrane protein involved in the transport of two different molecules in the same direction through the cell membrane. Meanwhile, antiport refers to the third type of integral membrane protein involved in the secondary active transport of two different molecules in opposite directions.
Types of Molecules to be Transported
A single type of molecules moves through uniport, but two different types of molecules move through both symport and antiport.
The Direction of the Movement
Both uniport and symport transport molecules in a single direction, but antiport transports molecules to both directions.
Driving Force
Uniport uses energy from ATP for the transport of molecules, while both symports and antiportsrely upon the electrochemical potential difference.
Examples
All channel proteins are the examples of uniports, and Na/glucose symporter is an example of a symport, while Na/H antiporter is an example of antiport.
Conclusion
Uniport is a type of integral membrane protein, transporting a single type of molecules in one direction across the cell membrane. Also, it is a carrier protein, which uses primary active transport. Thereby, it uses energy from ATP for the transport of molecules. In contrast, both symport and antiport use secondary active transport and the driving force of molecules is the electrochemical gradient. In addition to that, both transport two different types of molecules at the same time. However, symport transports two types of molecules in the same direction while antiport transports two different types of molecules in opposite directions. On that account, the main difference between uniport, symport, antiport is the mechanism of transport.
Image Courtesy:
1. “Scheme sodium-potassium pump-en” By LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal – Own work. (Public Domain) via Commons Wikimedia 2. “Porters” By Lupask – Own work (Public Domain) via Commons Wikimedia 3. “Scheme secundary active transport-en” By LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal – Own work. (Public Domain) via Commons Wikimedia
Ключевое различие — Симпорт против Антипорта
Клеточная мембрана — это избирательно проницаемая мембрана, которая отделяет клетку от внешней среды. Он действует как барьер для многих молекул и регулирует молекулы, проходящие через мембрану. Концентрация молекул внутри и снаружи клеточной мембраны сильно различается. Некоторые молекулы пассивно транспортируются через мембрану по градиенту концентрации без потребления энергии. Однако определенные молекулы и ионы переносятся через клеточную мембрану из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией против градиента концентрации. Он требует ввода энергии и питается от химического разложения АТФ до АДФ. Вторичный активный транспорт — это перенос молекул через клеточную мембрану с использованием энергии в других формах, кроме АТФ. Во время вторичного активного транспорта молекулы транспортируются за счет электрохимического градиента, создаваемого перемещением другой молекулы через мембрану вместе с интересующей молекулой. Симпорт и антипорт — это два типа белков, участвующих во вторичном активном транспорте. Ключевое различие между симпортом и антипортом в том, что в симпорте две молекулы или ионы транспортируются через мембрану в одном направлении пока в антипорте две молекулы или иона транспортируются через мембрану в противоположных направлениях.
1. Обзор и основные отличия 2. Что такое Симпорт 3. Что такое Антипорт 4. Сходства между Симпортом и Антипортом 5. Сравнение бок о бок — Симпорт и Антипорт в табличной форме 6. Резюме
Белки-каналы, их строение и функции[править]
Белки-каналы — порообразующие белки, пронизывающие клеточные мембраны. Они имеют сложную третичную, а часто и четвертичную структуру (многие каналы состоят из 2-6 полипептидных цепей). В центре канала находится водная пора. Самое узкое место поры (селективный фильтр) по диаметру лишь немного превышает диаметр атома. У многих каналов есть «ворота» — участки молекулы, которые могут менять конформацию и закрывать пору. У таких каналов есть как минимум два состояния — открытое и закрытое. Наконец. у части каналов есть дополнительный участок (домен), часто похожий по форме на шарик на подвижной проволочке. который может закрывать канал при определенных условиях, делая его нечуствительным к воздействиям. обычно открывающим канал. Такое состояние канала называется инактивированным.
Большинство каналов пропускает определенные ионы. Некоторые каналы пропускают все ионы одного знака заряда (катионы или анионы. Многие каналы пропускают преимущественно одну разновидность ионов. На мембране большинства клеток есть каналы для ионов натрия, калия, хлора и кальция. Многие натриевые каналы непроницаемы для ионов калия. Это неудивительно, так как ионы калия имеют больший диаметр. Но и многие калиевые каналы непроницаемы для ионов натрия! Лишь недавно удалось понять, как обеспечивается такая избирательность.
Два основных типа каналов — лиганд-зависимые и потенциал-зависимые. Лиганд-зависимые каналы открываются при присоединении к ним извне какого-либо вещества (лиганда). Этим они похожи на белки-рецепторы (такие каналы — то же самое, что ионотропные рецепторы). Потенциал-зависимые каналы открываются или закрываются в зависимости от разности потенциала на мембране клетки.
Существуют и другие типы каналов. Например, многие каналы открываются при воздействии на них циклических нуклеотидов (цАМФ или цГМФ)не извне, а из цитоплазмы, с внутренней стороны мембраны. Есть механочувствительные каналы. Некоторые из них открываются при растяжении мембраны. В других случаях канал при натяжении открывает присоединенный к нему элемент цитоскелета или внеклеточного матрикса (так, например, открываются и закрываются натриевые каналы на волосковых клетках внутреннего уха позвоночных.
Активный транспорт
Здесь для переноса вещества через мембрану необходимо приложить энергию. Но зачем, а главное почему? Потому что такой транспорт идет против градиента концентрации, а без прикладывания энергии молекулу или ион просто не вытолкнуть. Разделяется на два варианта: первично-активный транспорт и вторично-активный транспорт, отличие между ними поймете чуть ниже.
Первично-активный транспорт
Здесь для того, чтобы перенести молекулы/ионы вещества на другую сторону мембраны используется энергия молекул АТФ. Классический вариант — натрий-калиевый насос. Этот насос представляет из себя белок, а именно фермент — АТФазу (помните, что «не все белки — ферменты, но все ферменты — белки» — десятая заповедь от кафедры биохимии). Занимается тем, что переносит ионы натрия из клетки, а ионы калия внутрь клетки. То есть работает против градиента концентрации, ведь натрия очень много вне клетки, а калия наоборот мало.
У насоса есть участки связывания — два для калия и три для натрия. Состоит из двух субъединиц — альфа и бета, альфа это и есть переносчик, а бета похоже якорит его в мембране. На один цикл: переноса трех ионов натрия из клетки и двух ионов калия внутрь клетки, требуется одна молекула АТФ. Как видим, этот насос создает разницу потенциалов, так как в обмен на три заряженных иона внутрь клетки поступает только два — этому пареньку мы обязаны за отрицательный заряд внутри клетки. Действует такой насос во всех клетках, он не дает клетке лопнуть из-за избытка натрия (вспоминаем про воду).
Натрий-калиевая АТФаза
Кроме такого насоса есть еще несколько — Ca++ и H+ — АТФазы. Избыток кальция вредит клетке, так как он может запустить апоптоз. Водородный насос действует в париетальных клетках желудка и дистальном отделе канальца нефрона — в первом случае он создает кислую среду в желудке для функционирования пепсина. Да и вообще, из внешней среды поступает много всякой заразы, которой неприятно встречаться с кислотой. Во втором случае насос перемещает ионы водорода в просвет канальца. Полезная штука, а то прикинь — позанимался спортом и умер от ацидоза, не круто.
Вторично-активный транспорт
Тут одна молекула идет по градиенту концентрации и энергия, которая создается ей, используется для переноса другой молекулы. Представляете, сколько всего ионов натрия во внеклеточной жидкости? Вот и я не представляю, но очень много, а в клетке же наоборот его очень мало. Такая разница создает просто огромную энергию, которая идет на работу белка переносчика. Этот белок переносчик, как вы уже поняли — интегральный белок и имеет два участка связывания. Эти участки могут находиться на одной стороне белка или на разных. Поэтому такой транспорт можно разделить на два варианта:
1) Молекула, которая идет против градиента концентрации, переносится в одну сторону с молекулой, которая идет по градиенту концентрации. Это называется котранспорт (или симпорт). Так переносятся молекулы глюкозы и аминокислот из кишечника и канальцев нефрона. Натрий идет по градиенту концентрации внутрь клетки и захватывает с собой глюкозу или аминокислоты. Тут ты можешь сказать : «Чет странно, ведь в кишке много глюкозы после еды, почему она идет против градиента?». И да, это верно, в кишечнике много глюкозы. Но клеток очень много, а глюкоза растянута по всей поверхности кишки. Вот и получается, что в кишке ее много, но возле каждой клетки маловато. Такая же тема с аминокислотами.
Симпорт или котрнаспорт
2) Молекула идет против градиента концентрации, но не в одну сторону с переносимым по градиенту концентрации веществом — контртранспорт (или антипорт). Так происходит транспорт ионов водорода в проксимальных канальцах нефрона: водород попадает в просвет канальца, а натрий внутрь клетки.
Контртранспорт или антипорт
Заметили кое-что? Клетка всегда чего-то боится: потерять или перебрать. Не всосать глюкозу и аминокислоты в кишечнике, либо смыть их в унитаз. И здесь она работает не только на свое благо, а на благо всего организма. Ведь ей не очень и нужна эта глюкоза, в ней ее достаточно, но она заботится не только о себе. А говорят, что коммунизм не построить , а он уже существует в организме каждого из нас. Ну это так, просто к слову пришлось… Перебрать же она боится, потому что из-за этого погибнет — поэтому натрий-калиевый насос работает постоянно, как и кальциевый.
Ну что сведем все это опять в нашу табличку?
Если не очень хорошо видно, то в конце есть файл со всеми схемами. Извиняйте.
Все что мы разбирали до этого относится к небольшим по размерам молекулам, а что делать с большими? Для этого есть две легенды, о которых ниже.
What is a Symport
Symport is one of the two types of cotransporters, which use secondary active transport mechanisms. However, the direction of the transportation of two different types of substrates is the same. Also, as it uses secondary active transport mechanisms, symports use the electrochemical gradient to transport molecules. For example, SGLT1 in the intestinal epithelium is a symport. It transports sodium ions and glucose across the luminal membrane of the epithelial cells in order to be absorbed into the bloodstream.In addition to that, Na+/K+/2Cl− symporter in the loop of Henle is another example of symport.
What is Active Transport
Active transport is the mechanism of transporting molecules across the plasma membrane against the concentration gradient by using energy. Generally, integral membrane proteins take part in the process. Also, depending on the types of cellular energy used, there are two types of active transport mechanisms, occurring in a cell; primary active transport and secondary active transport.
Primary Active Transport
Generally, primary active transport is the type of active transport, using ATP as the form of cellular energy to transport molecules across the membrane. Also, the type of integral membrane proteins used for primary active transport is , which are always coupled with ATPase. Significantly, metal ions such as Na+, K+, Mg2+, and Ca2+ are the substances transported by primary active transport. Basically, they are called ion channels. Here, the most common example of primary active transport is the sodium-potassium pump, which moves three Na+ ions into the cell and two K+ ions out of the cell.
Figure 1: Na/K Pump
However, although the sodium-potassium pump transports two types of ions through the same pump, each type of ion is transported one at a time. Importantly, the sodium-potassium pump helps in maintaining the cell potential.
Secondary Active Transport
In comparison, secondary active transport relies on the electrochemical gradient of the ions on either side of the plasma membrane to transport molecules. Therefore, it uses the energy released by transporting one type of molecules through its concentration gradient to transport another type of molecule against the concentration gradient. Hence, transmembrane proteins involved in secondary active transport are cotransporters. Importantly, one of the main characteristic features of cotransporters is the transport of two types of molecules simultaneously through the membrane protein. Basically, the two types of cotransporters are symports and antiports.