Proteína transportadora
Definición de proteína transportadora
Las proteínas transportadoras son proteínas que transportan sustancias de un lado de una membrana biológica al otro. Muchas proteínas transportadoras se encuentran en la membrana de una célula , aunque también pueden encontrarse en las membranas de orgánulos internos como las mitocondrias , cloroplastos, nucléolos y otros.
Las proteínas transportadoras y las proteínas del canal son los dos tipos de proteínas transportadoras de membrana.
Si bien las proteínas de canal son exactamente lo que parecen: proteínas que abren canales en la membrana celular , lo que permite que las moléculas fluyan hacia adentro y hacia afuera a lo largo de su gradiente de concentración , las proteínas transportadoras solo están abiertas en un lado de la membrana en cuestión a la vez.
Mientras que un canal de sodio-potasio puede simplemente abrirse y permitir que los iones fluyan de un lado al otro, por ejemplo, la proteína transportadora conocida como bomba de sodio-potasio se une a los iones en un lado de la membrana y luego cambia de forma para transportarlos. al otro lado sin abrir un canal.
Esto hace que las proteínas transportadoras sean útiles para el transporte activo , donde una sustancia debe transportarse en contra de su gradiente de concentración en una dirección en la que normalmente no fluiría.
Sin embargo, las proteínas transportadoras también se pueden utilizar para facilitar la difusión , una forma de transporte pasivo .
Las proteínas transportadoras suelen tener un «sitio de unión» que solo se unirá a la sustancia que se supone que transportan. La bomba de sodio-potasio, por ejemplo, tiene sitios de unión que solo se unirán a esos iones.
Una vez que la proteína transportadora se ha unido a una cantidad suficiente de su sustancia objetivo, la proteína cambia de forma para «transportar» la sustancia de un lado de la membrana al otro. Un ejemplo de libro de texto de este proceso es la acción de la bomba de sodio-potasio, que se ilustra a continuación:
Algunas proteínas transportadoras no requieren fuentes de energía, excepto el gradiente de difusión que su sustrato «quiere» transmitir, lo que las convierte en una forma de transporte pasivo. Otros pueden requerir energía en forma de ATP, o pueden realizar un «transporte activo secundario», donde el transporte de una sustancia contra su gradiente de difusión es impulsado por un gradiente de difusión diferente creado por proteínas transportadoras que usan ATP.
Discutiremos ejemplos de todo el transporte activo pasivo, activo y secundario utilizando proteínas transportadoras a continuación en la sección de «ejemplos».
Función de la proteína transportadora
Las proteínas transportadoras son algunas de las proteínas más comunes del mundo y algunas de las más importantes para mantener la vida. La capacidad de una célula para realizar las funciones de la vida depende de su capacidad para mantener una diferencia entre el entorno intracelular y extracelular.
Ahí es donde entran las proteínas transportadoras.
Dentro de nuestros propios cuerpos, la acción de todas nuestras células nerviosas es impulsada por el gradiente de sodio-potasio que es creado por la bomba de sodio-potasio. Esta proteína transportadora se une a los iones de sodio en un lado de la membrana y a los iones de potasio en el otro lado. Luego, la proteína transportadora se une al ATP y usa la energía del ATP para bombear estos iones a través de la membrana celular en direcciones opuestas.
En última instancia, es este gradiente de sodio-potasio lo que permite que nuestras células nerviosas se activen, que es lo que nos permite movernos, pensar, percibir el mundo que nos rodea e incluso mantener el corazón latiendo.
Las proteínas portadoras que transportan protones a través de la membrana mitocondrial para crear un gradiente de concentración también son responsables de la creación de la mayor parte del ATP producido por las células eucariotas. Las mitocondrias utilizan la enzima ATP sintasa para convertir la energía de ese gradiente de concentración en energía de ATP.
Algunos de los propósitos comunes que cumplen las proteínas transportadoras incluyen:
- Crear gradientes de iones que permitan el funcionamiento de las células nerviosas.
- Creando gradientes de iones que permiten que las mitocondrias funcionen.
- Creación de gradientes de iones que permiten que los cloroplastos funcionen en la fotosíntesis.
- Transportar moléculas grandes como azúcares y grasas dentro y fuera de las células.
- Muchas otras tareas no enumeradas aquí
Tipos de proteínas transportadoras
Transporte activo
Las proteínas transportadoras activas requieren energía para mover sustancias en contra de su gradiente de concentración. Esa energía puede venir en forma de ATP que es utilizada directamente por la proteína transportadora, o puede utilizar energía de otra fuente.
Muchas proteínas transportadoras activas, como la bomba de sodio-potasio, utilizan la energía almacenada en el ATP para cambiar su forma y mover sustancias a través de su gradiente de transporte.
Las bombas que practican el «transporte activo secundario» se denominan a veces «transportadores acoplados». Estas bombas utilizan el transporte «cuesta abajo» de una sustancia para impulsar el transporte «cuesta arriba» de otra.
Los “portadores acoplados” como la proteína de cotransporte de sodio-glucosa terminan costando energía celular, porque la célula debe usar ATP para mantener el gradiente de concentración de sodio que este portador usa como fuente de energía. Pero la proteína transportadora no usa ATP directamente.
Otras proteínas portadoras, como algunas que se encuentran en bacterias y en orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos, podrían utilizar fuentes de energía directamente del medio ambiente sin requerir ATP.
Difusión facilitada
Las proteínas transportadoras también pueden transportar sustancias en una dirección «cuesta abajo», es decir, llevarlas por su gradiente de concentración, en la dirección en la que la sustancia «quiere» ir.
Un ejemplo es el portador de valinomicina potásico, que se une a los iones de potasio y cambia de forma para liberarlos en el otro lado de la membrana.
Ejemplos de proteínas transportadoras
Bomba de sodio-potasio
La bomba de sodio-potasio usa ATP para transportar iones de sodio y potasio contra su gradiente de transporte.
La proteína se une a los iones de sodio dentro de la célula, mientras que simultáneamente se une a los iones de potasio dentro de la célula. Una vez que se ha unido a una cantidad suficiente de iones en ambos lados, se une a una molécula de ATP. Al liberar la energía almacenada en el ATP, cambia de forma para mover ambos conjuntos de iones al lado opuesto de la membrana.
La bomba de sodio y potasio es crucial para la función nerviosa de los animales, y se estima que utiliza alrededor del 20-25% de todo el ATP del cuerpo humano.
Esto se debe a que las células nerviosas se activan mediante señales electroquímicas, que se crean al mover partículas cargadas, es decir, iones de sodio y potasio, de un lado de la membrana de la célula nerviosa al otro muy rápidamente. Estos potenciales solo se pueden crear si existe una diferencia extrema en la concentración entre los iones de sodio y potasio dentro de las células y fuera de ellas.
Una de las razones por las que enfermedades como la anorexia y el cólera pueden ser tan peligrosas es que la deshidratación o desnutrición extremas pueden alterar la cantidad de sodio y potasio disponible para nuestras células, alterando este gradiente. En casos extremos, estos desequilibrios iónicos pueden hacer que fallen las células nerviosas que alimentan los músculos del corazón .
Esta es también la razón por la que las enfermedades que afectan los riñones, que controlan cómo exportamos o retenemos iones en la orina, pueden ser peligrosas. Un efecto secundario poco común de la diabetes, por ejemplo, es la hipopotasemia: no hay suficiente potasio en la sangre , lo que puede alterar la función de las células nerviosas que impulsan el músculo cardíaco .
Cotransporte de glucosa-sodio
La proteína de cotransporte de glucosa-sodio es un buen ejemplo de una proteína que usa “transporte activo secundario, al usar ATP“ indirectamente ”.
En el ejemplo anterior, discutimos cómo la célula usa ATP para mantener los gradientes de sodio y potasio entre el interior y el exterior de la célula. Generalmente, las células tratan de mantener una mayor concentración de sodio en el exterior y una mayor concentración de potasio en el interior.
Entonces, para alimentar la bomba de glucosa-sodio, la célula permite que ingresen un par de iones de sodio junto con la glucosa. La proteína transportadora se une tanto a la molécula de glucosa, que no «quiere» moverse dentro de la célula, como a los dos iones de sodio, que sí quieren bajar su gradiente de concentración hacia la célula.
La energía de los iones de sodio que «quieren» entrar en la célula anula la resistencia de la glucosa, y las tres partículas se mueven juntas hacia la célula.
Esto significa más trabajo para la bomba de sodio-potasio en la membrana celular, que tendrá que usar ATP para bombear el sodio de regreso a fin de preservar este gradiente vital. Pero la proteína de cotransporte de glucosa y sodio no usa ATP en sí, solo aprovecha la energía del ATP de manera indirecta.
Este tipo de transporte activo secundario se llama «symport», de las palabras griegas «sym» para «juntos» y «port» para «transporte». Symport transporta dos sustancias juntas en la misma dirección para asegurar que ambas sean transportadas.
Valinomicina: un transportador pasivo
La valinomicina es una proteína que se une al potasio y lo transporta a través de la membrana celular hacia abajo en su gradiente de concentración, en la dirección en la que el potasio «quiere» moverse.
Se encuentra en las membranas celulares de las bacterias estreptocócicas, que lo usan cuando “quieren” sacar el potasio de sus células. Su alto grado de selectividad por el potasio solo le da una ventaja sobre otros medios para realizar este transporte, que es más probable que mueva otros iones como el sodio.
Si cree que “valinomicina” suena como el nombre de un antibiótico, ¡tiene razón! La valinomicina también se usa como antibiótico para combatir bacterias como el estreptococo, porque su introducción artificial a las bacterias puede destruir su gradiente electroquímico.
Por la misma razón, la valinomicina también puede ser una poderosa neurotoxina: si entra en las células nerviosas, ¡también puede alterar peligrosamente su gradiente de sodio-potasio!
Términos de biología relacionados
- Transporte activo : transporte que mueve una sustancia contra su gradiente de concentración y requiere que la célula gaste energía para realizar esta tarea.
- Proteína de membrana : una proteína que se encuentra dentro de la membrana de una célula, que generalmente tiene dominios hidrófilos e hidrófobos para anclarse firmemente con respecto al interior de la membrana hidrófoba y al líquido intracelular y extracelular hidrófilo .
- Transporte pasivo : transporte que mueve una sustancia por su gradiente de concentración. El transporte pasivo no requiere gasto de energía, ya que mueve sustancias en la dirección en la que “quieren” ir.
Descubre más términos en nuestro diccionario científico.
« Volver al diccionario