Definição de proteína transportadora
As proteínas transportadoras são proteínas que transportam substâncias de um lado de uma membrana biológica para a outra. Muitas proteínas transportadoras são encontradas na membrana de uma célula, embora também possam ser encontradas nas membranas de organelas internas, como mitocôndrias, cloroplastos, nucléolo e outros.
As proteínas transportadoras e as proteínas do canal são os dois tipos de proteínas de transporte de membranas.
Enquanto as proteínas do canal são exatamente o que parecem – proteínas que abrem canais na membrana celular, permitindo que as moléculas fluam dentro e fora ao longo de seu gradiente de concentração – as proteínas transportadoras estão abertas apenas para um lado da membrana em questão por vez.
Enquanto um canal de sódio-potássio pode simplesmente abrir e permitir que os íons fluam de um lado para o outro, por exemplo, a proteína transportadora conhecida como bomba de sódio-potássio se liga a íons de um lado da membrana, muda a forma para transportá-los pelo outro lado sem abrir um canal.
Isso torna as proteínas transportadoras úteis para o transporte ativo, onde uma substância precisa ser transportada contra seu gradiente de concentração em uma direção que normalmente não fluiria.
No entanto, as proteínas transportadoras também podem ser usadas para difusão facilitada, uma forma de transporte passivo.
As proteínas transportadoras normalmente têm um “local de ligação” que só se liga à substância que eles deveriam carregar. A bomba de sódio-potássio, por exemplo, possui locais de ligação que só se ligarão a esses íons.
Uma vez que a proteína transportadora se liga a uma quantidade suficiente de sua substância alvo, a proteína muda de forma para “transportar” a substância de um lado da membrana para o outro. Um exemplo de livro didático desse processo é a ação da bomba de sódio-potássio, ilustrada abaixo:
Algumas proteínas transportadoras não requerem fontes de energia, mas o gradiente de difusão que seu substrato “deseja” passar, tornando -as uma forma de transporte passivo. Outros podem exigir energia na forma de ATP ou podem realizar “transporte ativo secundário”, onde o transporte de uma substância contra seu gradiente de difusão é alimentado por um gradiente de difusão diferente criado pelas proteínas transportadoras que usam ATP.
Discutiremos exemplos de todo o transporte ativo passivo, ativo e secundário usando proteínas transportadoras abaixo na seção “Exemplos”.
Função da proteína transportadora
As proteínas transportadoras são algumas das proteínas mais comuns do mundo e algumas das mais importantes para sustentar a vida. A capacidade de uma célula de desempenhar as funções da vida depende de sua capacidade de manter a diferença entre o ambiente intracelular e extracelular.
É aí que entra as proteínas transportadoras.
Dentro de nossos próprios corpos, a ação de todas as células nervosas é alimentada pelo gradiente de sódio-potássio criado pela bomba de sódio-potássio. Essa proteína transportadora se liga a íons de sódio em um lado da membrana e íons de potássio do outro lado. Em seguida, a proteína transportadora se liga ao ATP e usa a energia do ATP para bombear esses íons pela membrana celular em direções opostas.
Em última análise, é esse gradiente de sódio-potássio que permite que nossas células nervosas disparem, que é o que nos permite mover, pensar, perceber o mundo ao nosso redor e até manter nossos corações batendo.
As proteínas transportadoras que transportam prótons através da membrana mitocondrial para criar um gradiente de concentração também são responsáveis pela criação da maior parte do ATP fabricado pelas células eucarióticas. As mitocôndrias usam a enzima ATP sintase para transformar a energia desse gradiente de concentração na energia do ATP.
Alguns dos propósitos comuns servidos por proteínas transportadoras incluem:
- Criando gradientes de íons que permitem que as células nervosos funcionem
- Criando gradientes de íons que permitem que as mitocôndrias funcionem
- Criação de gradientes de íons que permitem que os cloroplastos funcionem na fotossíntese
- Transportar moléculas grandes, como açúcares e gorduras, dentro e fora das células
- Muitas outras tarefas não listadas aqui
Tipos de proteínas transportadoras
Transporte Ativo
As proteínas transportadoras de transporte ativas exigem energia para mover substâncias contra seu gradiente de concentração. Essa energia pode vir na forma de ATP que é usada diretamente pela proteína transportadora ou pode usar energia de outra fonte.
Muitas proteínas de transportadoras de transporte ativas, como a bomba de sódio-potássio, usam a energia armazenada no ATP para alterar sua forma e mover substâncias através do gradiente de transporte.
As bombas que praticam “transporte ativo secundário”, às vezes são chamadas de “transportadoras acopladas”. Essas bombas usam o transporte “em declive” de uma substância para impulsionar o transporte “em subida” de outro.
“Portadores acoplados” como a proteína cotransport de sódio-glicose acabam custando a energia celular, porque a célula deve usar ATP para manter o gradiente de concentração de sódio que esse transportador usa como fonte de energia. Mas a proteína transportadora não usa ATP diretamente.
Outras proteínas transportadoras, como algumas que são encontradas em bactérias e em organelas, como mitocôndrias e cloroplastos, podem usar fontes de energia diretamente do ambiente sem exigir ATP.
Difusão facilitada
As proteínas transportadoras também podem transportar substâncias em uma direção “descida” – ou seja, carregá -las pelo gradiente de concentração, na direção que a substância “deseja” ir.
Um exemplo é o portador de potássio da valinomicina, que se liga a íons de potássio e muda de forma para liberá -los do outro lado da membrana.
Exemplos de proteínas transportadoras
Bomba de sódio-potássio
A bomba de sódio-potássio usa ATP para transportar íons de sódio e potássio contra seu gradiente de transporte.
A proteína se liga a íons de sódio dentro da célula, enquanto se liga simultaneamente a íons de potássio dentro da célula. Uma vez que se encaixe em um número suficiente de íons de ambos os lados, se liga a uma molécula de ATP. Ao liberar a energia armazenada no ATP, ela muda de forma para mover os dois conjuntos de íons para o lado oposto da membrana.
A bomba de sódio-potássio é crucial para a função nervosa dos animais e estima-se que use cerca de 20 a 25% de todo o ATP no corpo humano!
Isso ocorre porque as células nervosas disparam usando sinais eletroquímicos – que são criados por partículas carregadas em movimento, isto é, íons de sódio e potássio, de um lado da membrana das células nervosas para a outra muito rapidamente. Esses potenciais só podem ser criados se houver uma diferença extrema na concentração entre íons de sódio e potássio dentro das células vs. fora delas.
Uma razão pela qual doenças como anorexia e cólera podem ser tão perigosas é que a desidratação ou desnutrição extrema pode atrapalhar a quantidade de sódio e potássio disponíveis para nossas células, interrompendo esse gradiente. Em casos extremos, esses desequilíbrios iônicos podem causar falhas nas células nervosas que alimentam o coração dos músculos do coração.
É também por isso que as doenças que afetam os rins, que controlam como exportamos ou retomamos íons em nossa urina, podem ser perigosos. Um efeito colateral raro do diabetes, por exemplo, é a hipocalemia – pouco potássio no sangue, que pode atrapalhar a função das células nervosas que impulsionam o músculo cardíaco.
Cotransport de glicose-sódio
A proteína cotransport de glicose-sódio é um bom exemplo de uma proteína que usa “transporte ativo secundário,” indiretamente “usando ATP.
No exemplo acima, discutimos como a célula usa ATP para manter os gradientes de sódio e potássio entre o interior e o exterior da célula. Geralmente, as células tentam manter uma maior concentração de sódio externa e uma maior concentração de potássio dentro.
Portanto, para alimentar a bomba de glicose-sódio, a célula permite um par de íons de sódio dentro da glicose. A proteína transportadora se liga à molécula de glicose – que não quer “se mover para dentro da célula – e aos dois íons de sódio, que desejam mover seu gradiente de concentração para a célula.
A energia dos íons de sódio “querendo” entrar na célula substitui a resistência da glicose e todas as três partículas são movidas para a célula juntas.
Isso significa mais trabalho para a bomba de sódio-potássio na membrana celular, que terá que usar o ATP para bombear o sódio para preservar esse gradiente vital. Mas a proteína cotransport de glicose-sódio não usa a própria ATP-apenas aproveita a energia do ATP indiretamente.
Esse tipo de transporte ativo secundário é chamado de “Simport”, das palavras gregas “SYM” para “Together” e “Port” para “Transporte”. O Symport transporta duas substâncias juntas na mesma direção, a fim de garantir que ambos sejam transportados.
Valinomicina: um transportador de transporte passivo
A valinomicina é uma proteína que se liga ao potássio e a transporta através da membrana celular abaixo de seu gradiente de concentração, na direção que o potássio “deseja” se mover.
É encontrado nas membranas celulares das bactérias Strep, que a usam quando “querem” mover o potássio de suas células. Seu alto grau de seletividade para o potássio apenas oferece uma vantagem sobre outros meios para realizar esse transporte, o que pode ter maior probabilidade de mover outros íons, como o sódio.
Se você acha que “valinomicina” soa como o nome de um antibiótico, você está certo! A valinomicina também é usada como um antibiótico para combater bactérias como o Strep, porque apresentá -lo artificialmente às bactérias pode destruir seu gradiente eletroquímico.
Pelo mesmo motivo, a valinomicina também pode ser uma neurotoxina poderosa: se ela entrar em células nervosas, também pode atrapalhar seu gradiente de sódio-potássio!
Termos de biologia relacionados
- Transporte ativo – transporte que move uma substância contra seu gradiente de concentração e exige que a célula gaste energia para executar essa tarefa.
- Proteína da membrana – uma proteína encontrada na membrana de uma célula, que geralmente possui domínios hidrofílicos e hidrofóbicos para se ancorar firmemente em relação ao interior da membrana hidrofóbica e ao líquido intracelular e extracelular hidrofílico.
- Transporte passivo – transporte que move uma substância pelo seu gradiente de concentração. O transporte passivo não requer gasto de energia, pois está movendo substâncias na direção que eles “querem” seguir.
Questionário
1. Qual das alternativas a seguir não é uma diferença entre proteínas transportadoras e proteínas do canal? A. As proteínas do canal estão abertas em ambos os lados da membrana ao mesmo tempo, enquanto as proteínas transportadoras estão abertas apenas a um lado da membrana por vez. B. As proteínas do canal permitem que as substâncias fluam através delas livremente, enquanto as proteínas transportadoras possuem locais de ligação para átomos e moléculas específicas. C. As proteínas do canal realizam transporte passivo, enquanto as proteínas transportadoras realizam transporte ativo. D. Nenhuma das opções acima.
Resposta à pergunta nº 1
C está correto. Embora as proteínas transportadoras sejam capazes de realizar transporte ativo, elas também podem executar o transporte passivo. A valinomicina, por exemplo, transporta passivamente o potássio pelo seu gradiente de concentração. É usado em vez de um canal porque é altamente seletivo e transporta apenas íons potássio.
2. Qual das alternativas a seguir não é um exemplo de proteína transportadora? A. Uma proteína do canal de sódio-potássio. B. A bomba de prótons na membrana de um cloroplasto. C. bacterioropopsina. D. Tudo isso acima.
Resposta à pergunta nº 2
A está correto. Enquanto a bomba de sódio-potássio é uma proteína transportadora, o canal de sódio-potássio é uma proteína diferente que é-como o nome sugere-uma proteína de canal, não uma proteína transportadora!
3. Qual das alternativas a seguir não é verdadeira para as proteínas transportadoras? R. Eles passam por uma mudança de forma para mover substâncias de um lado da membrana para o outro. B. Eles estão abertos a ambos os lados da membrana celular de uma só vez. C. Eles podem se ligar a mais de uma substância alvo. D. Eles transportarão qualquer substância que seja do tamanho, forma ou carga certos. E. B e D.
Resposta à pergunta nº 3
E está correto. Enquanto as proteínas transportadoras podem se ligar a mais de uma substância alvo-como a bomba de sódio-potássio ou a proteína cotransport de sódio-glicose-seus locais de ligação são altamente específicos. Os locais de ligação na bomba de sódio-potássio, por exemplo, devem distinguir entre íons de sódio e potássio para garantir que eles transportem cada um na direção certa! Isso requer um alto grau de especificidade, porque o sódio e o potássio são íons pequenos e carregados positivamente.
Última atualização em 19 de agosto de 2022