Мембранные переносчики.

Рассмотрим простой переносчик с одним местом связывания, транспортирующий молекулы через мембрану. Рисунок 100 иллюстрирует трансформации трансмембранного профиля свободной энергии при работе активного переносчика.

Рисунок 100 - Цикл работы активного переносчика

Рассмотрим четыре состояния белка-переносчика

1) белок обращен внутрь/связан с субстратом,

2) обращен внутрь/не связан с субстратом,

3) обращен наружу/ связан с субстратом,

4) обращен наружу/не связан с субстратом.

Тогда транспорт можно представить в виде следующей последова­тельности четырёх элементарных обратимых стадий (рисунок 100).

1. Субстрат связывается с участком, обращённым к одной стороне

мембраны (определяемой, как /«/с сторона).

2. Происходит конформационное изменение, существенно уменьшающее

кинетический барьер для перемещения иона к выходу из канала и увеличивающее энергетический барьер для движения в обратном направлении. Это конформационное изменение может быть спон­танным или может происходить с потреблением энергии (напри­мер, энергии гидролиза АТФ). Участок переносчика со связанным субстратом оказывается теперь обращённым к противоположной стороне мембраны (определяемой, как /л/w/c сторона).

3. Субстрат высвобождается из комплекса с переносчиком и выходит на

противоположной стороне мембраны. Для активных переносчиков сродство субстрата к белку ниже, когда место связывания обращено к /л/w/c стороне мембраны.

4. Происходит конформационное изменение, возвращающее белок-пере­

носчик к исходной конформации, в которой место связывания вновь обращено к цис-стороне.

На рисунке 101 представлена кинетическая схема, соответствующая схеме на рисунке 100, для конкретного случая работы мембранных белков пермеаз (см. п. 7.6), обеспечивающих облегчённую диффузию ионов, аминокислот и сахаров.

Рисунок 101 - Цикл работы пермеазы

Пермеаза спонтанно переходит из состояния Д, при котором место связывания обращено внутрь клетки, в состояние Е_о с местом связывания, обращённым наружу, причём этот переход не влияет на сродство перенос­чика к связываемому субстрату. На рисунке 101 приведены значения скоростей взаимопревращений для переносчика глюкозы из эритроцитарной мембраны (при 23°С) и белка, осуществляющего обмен анионов (белок полосы 3 эритроцитов) (37°С). В обоих случаях субстрат увеличивает скорость конформационного перехода 2. Реакция 4 для "незагруженного" белка полосы 3 протекает очень медленно, поэтому данный белок катали­зирует только обмен анионов.

Ключевым моментом в работе всех переносчиков является наличие высокого энергетического барьера, для преодоления которого соответ­ствующие белки должны претерпеть конформационные изменения. Если для этого необходима энергия, то система может работать как активный переносчик (пример - Са²⁺-насос, транспортирующий ионы Са²⁺ за счёт энергии гидролиза АТФ). Если для конформационного перехода необ­ходимо, чтобы молекула переносимого вещества была связана с белком, т. е. стадия 4 отсутствует, то белок будет катализировать только обмен вещества через бислой, поскольку он не может изомеризоваться в "незагруженной" форме (пример - белок полосы 3 эритроцитов).

Для описания работы ионных каналов и различных видов переносчиков разработано много моделей и схем. Хотя кинетическая теория переходного состояния имеет определённые ограничения, особенно в том, что касается кинетических свойств каналов, но её применение упрощает решение многих сложных задач и позволяет единым образом подходить к рассмотрению различных транспортных механизмов, особенно в случаях, когда нет детальной информации о молекулярной структуре транспортных белков мембран.