Мембранный транспорт

Механизмы функционирования репрессибельных оперонов

· Репрессибельные опероны ответственны за синтез аминокислот аргинина, гистидина и триптофана.

Рис. 7 - Работа триптофанового оперона бактерий E. coli: А – нет триптофана; Б – избыток триптофана

· Аттенуауция – механизм регуляции транскрипции генов, известный у ряда бактерий. Аттенуация является следствием преждевременной терминации синтеза иРНК в определенном участке гена – аттенуаторе.

· Аттенуатор – регулируемый терминатор транскрипции бактерий. Например, между генами триптофанового оперона E. сoli содержится аттенуатор (trp L ), который в условиях избытка триптофана обеспечивает снижение уровня синтеза trp- иРНК.

· Установлено, что в отличие от репрессии, аттенуация зависит не от самой аминокислоты триптофана, а от образования активированной аминокислоты, присоединенной к транспортной РНК, т.е. триптофанил-тРНК.

!!! Таким образом, и в случае индукции путем негативной регуляции у Lac -оперона, и в случае репрессии синтеза ферментов у Тrp -оперона взаимодействие репрессора с оператором приводит к подавлению транскрипции соответствующих структурных генов. Различие заключается в том, что при индукции путем негативной регуляции эффектор (индуктор), взаимодействуя с репрессором, понижает сродство репрессора к оператору, а в случае репрессии эффектор (корепрессор) повышает это сродство.

Небольшие гидрофобные молекулы типа диэтилового эфира, хлороформа, циклогексана, бензола и многие другие без проблем проникают внутрь клетки через клеточные мембраны путем простой диффузии. Для множества небольших растворимых молекул фосфолипидный бислой является очень эффективным барьером. Тем не менее через цитоплазматическую мембрану постоянно транспортируются полярные вещества и ионы. Этот транспорт целиком опосредован белками – каналами (порами) и переносчиками.

Классификация транспортных белков, основанная на механизме их действия и энергетике:

1. Каналы (поры):

А. Потенциалзависимые каналы (например, Na⁺-канал).

Б. Химически регулируемые каналы (например, никотиновый ацетилхолиновый рецептор).

В. Другие каналы (нерегулируемые, чувствительные к давлению и др.).

2. Переносчики.

А. Пассивные унипортеры (например, переносчик глюкозы из эритроцитарной мембраны).

Б. Активные переносчики:

1) Первичные активные переносчики

а) сопряженные с окислительно-восстановительными реакциями

(например, цитохром- с -оксидаза),

б) сопряженные с поглощением света (например,

бактериородопсин),

в) АТФазы (например, Na⁺/K⁺-АТФаза).

2) Вторичные активные переносчики

а) симпортеры (например, лактозопермеаза),

б) антипортеры (например, белок полосы 3).

Поры и каналы часто изображают в виде туннелей через мембрану, в которых места связывания транспортируемых растворимых веществ доступны с обеих сторон мембраны одновременно. Канальные белки не претерпевают никаких конформационных изменений в процессе переноса растворимых веществ с одной стороны мембраны на другую. Конформационные изменения каналов и пор имеют место только в момент их открывания и закрывания. Две основные группы каналов, приведенные в классификации, разделяются на каналы, работа которых регулируется изменением напряжения электрического поля или химическим путем. Каналы первого типа открываются или закрываются в ответ на изменение трансмембранного потенциала; наиболее изученными из них являются каналы электровозбудимых клеток, например нервных или мышечных. Каналы второго типа отвечают на действие специфических химических агентов; наиболее детально изученные из них – каналы, связывающие нейромедиаторы. Так, Н-холинорецептор при связывании с ним нейромедиатора переходит в открытую конформацию и пропускает одновалентные катионы.

Термины пора и канал обычно взаимозаменяемы, однако под порой чаще понимают некие неселективные структуры, которые различают вещества главным образом по размеру и пропускают все достаточно малые молекулы. Под каналами чаще всего понимают селективные ионные каналы, которые широко распространены во многих типах клеток.

В отличие от пор и каналов конформация переносчиков в процессе транспорта различных веществ изменяется. Переносимое вещество связывается с одной стороны мембраны, и для высвобождения его с другой стороны в переносчике должно произойти определенное конформационное изменение. При этом в любой момент времени место связывания вещества доступно только с одной стороны мембраны.

Переносчики можно разделить на две группы: пассивные и активные. Пассивные переносчик осуществляет перенос через мембрану единственного типа вещества. Переносчики-унипортеры только увеличивают поток вещества, идущий без потребления энергии, то есть по градиенту электрохимического потенциала. Такой процесс называется облегченной диффузией. Наиболее полно изученным пассивным переносчиком является переносчик глюкозы в эритроцитах.

Активные переносчики осуществляют перенос веществ через мембрану с затратами энергии, в результате эти вещества накапливаются с одной стороны мембраны. При этом транспорт вещества должен быть сопряжен с другим, запасающим свободную энергию процессом. Почти все первичные активные переносчики являются ионными насосами, в которых перемещение иона прямо сопряжено с поставляющей энергию химической или фотохимической реакцией. Примером ионного насоса является бактериородопсин, который для переноса протонов через мембрану использует энергию фотонов видимого света. В большинстве случаев ионные насосы являются электрогенными: при работе первичного насоса осуществляется перемещение заряда, в результате чего происходит разделение электрических зарядов и на мембране создается напряжение.

Первичные активные переносчики генерируют напряжение и создают трансмембранные ионные градиенты. Вторичные активные переносчики используют такие градиенты для транспорта растворимых веществ. Наиболее полно охарактеризованным примером такого рода является белок – переносчик лактозы (лактозопермеаза) из Escherichia coli. Этот переносчик использует протонный электрохимический градиент, генерируемый дыхательной электронотранспортной цепью, в качестве движущей силы для накопления лактозы в клетке. Это пример симпорта, когда через мембрану одновременно переносятся два разных вещества (например, протоны и лактоза). Антипортеры осуществляют транспорт веществ в противоположных направлениях. Так, например, белок полосы 3 эритроцитов осуществляет сопряженный транспорт Cl^- и HCO₃^- в противоположных направлениях через эритроцитарную мембрану.

Термины пермеаза, транслоказа и переносчик, являющиеся синонимами, часто используют по отношению к транспортным белкам, отличным от первичных активных переносчиков. Обычно термин пермеаза применяют при описании бактериальных транспортных белков. Термин переносчик лучше использовать по отношению к ионофорам или сходным с ними структурам, которые связываются с ионами и переносят их через бислой в составе комплекса.

Дата добавления: 2013-12-13