Kanálové proteiny: co, funkce, typy, příklady, vyčerpávající FAKTA

Kanálové proteiny jsou jedním z nejdůležitějších membránových transportních proteinů v buňce. Zde budeme diskutovat o funkcích kanálových proteinů, typech, příkladech a všech vyčerpávajících faktech.

Kanálové proteiny jsou jedním z nejdůležitějších membránových transportních proteinů, které se nacházejí v buňce všech živých bytostí. Tyto proteiny jsou schopny otevřít pór nebo kanál, kterým mohou být specifické buněčné molekuly transportovány přes buněčnou membránu.

Kanálové proteiny transportují specifické molekuly, jako je buněčná voda a polární ionty, přes membránu prostřednictvím difúzního procesu. Molekuly jsou transportovány dolů na jejich koncentrační gradient v buňce.

Co je kanálový protein?

Jednoduše řečeno, proteiny tvořící póry, které transportují látky dolů koncentračním gradientem, jsou kanálové proteiny.

Kanálové proteiny jsou speciálním druhem membránového transportního proteinu, který zajišťuje průchod pro vodu a polární ionty a transportuje je dolů do koncentračního gradientu buňky. Jsou to vlastně integrální proteiny buněčných membrán, které slouží jako hydrofilní kanály vody a specifických polárních iontů.

Kanálový protein je ve skutečnosti a více podjednotkové proteinové sestavení. To znamená několik proteinových podjednotek (homologních proteinů) jako např α, β, γ a více podjednotek zapojte se a pracujte jako samostatný proteinový kanál tvořící póry.

Díky vysoké selektivitě se mohou kanálové proteiny transportovat miliony iontů během několika vteřin. Tyto kanály jsou většinou otevřené v intracelulárním i extracelulárním prostředí a transportují vodu a polární ionty usnadněná difúze procesy směrem ke koncentračnímu gradientu.

Kanálové proteiny mají různé průměry podle jejich typů. Jsou to výhradně integrální membránové proteiny, které pokrývají celou membránu kolem specifického póru nebo kanálu. Takhle tím zůstávající zabudovány do plazmatická membrána který je svou povahou vysoce hydrofobní, tyto kanálové proteiny otevírají hydrofilní dráhy pro některé vysoce specifické polární ionty nebo molekuly vody až do koncentračního gradientu.

Chcete-li se dozvědět více o monomerech, přečtěte si náš článek na Příklady monomerů: Podrobné poznatky a fakta

Funkce Channel Protein

Kanálový protein plní uvnitř buňky několik funkcí. Hraje také důležitou roli v pohybu částí těla. Podívejme se blíže na funkce kanálových proteinů.

• Hlavní funkcí kanálových proteinů je pomáhat při transportu některých specifických molekul (molekul vody nebo malých polárních iontů) přes hydrofobní plazmatickou membránu.
• Otevírá hydrofilní pór nebo kanál, kterým může snadno procházet vodní substance nebo polární ionty.
• Řízením toku vody mohou kanálové proteiny vyrovnávat vodní substanci uvnitř plazmatické membrány. Tak dokáže také udržet stabilitu vnitřních částí buňky.
• Proteiny gated channel také udržují iontový gradient buňky a pomáhají dosáhnout rovnovážného stavu. Drží iont, dokud není přijat signál pro otevření kanálu.
• Řízením mechanismů iontové výměny může aktivně vytvářet elektrické změny v buňce.
• Kanálové proteiny mají také určitý podíl na procesu přenosu signálu buněk.

Negované kanály poskytují hydrofilní cestu, ze které mohou voda a polární ionty volně procházet skrz hydrofobní plazmatickou membránu difúzí. V tomto procesu není potřeba žádný druh energie. Molekuly se přirozeně přenášejí z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací.

Proteiny gated channel se většinou nacházejí na plazmatické membráně membránově vázaných organel buňky. Proto přispívají k udržení vodní bilance a elektrické iontové stability vnitřního prostředí pod těmito konkrétními organelami (homeostáza).

Jak funguje kanálový protein?

Kanálové proteiny hrají velmi důležitou roli při udržování rovnováhy buněčného prostředí. Pojďme se blíže podívat na to, jak to funguje krok za krokem.

Když je požadováno, aby intracelulární voda nebo polární ionty byly transportovány přes plazmatickou membránu, kanálový protein se spustí a otevře kanál pro transport. Po transportu mohou tyto molekuly také spouštět některé další aktivity, a tak kanálové proteiny přispívají k procesu přenosu signálu.

Například svalová kontrakce je také stimulována kanálovými proteiny. Když se má sval stáhnout, nervová buňka pro něj přivede elektrický signál a uvolní se neurotransmiter, acetylcholin. Acetylcholin difunduje a dostává se do blízkých kanálových proteinů. Tento kanálový protein uvolňuje ionty sodíku a draslíku. Tato sekrece iontů také zahrnuje aktivaci dalšího kanálového proteinu. Sodíkové a draselné ionty spouštějí kontrakci aktinu a myosinu. Takto se kanálové proteiny spolupracují a stimulují proces svalové kontrakce.

V případě vodních kanálů většinou známé aquaporiny hrají hlavní roli při udržování vodní bilance ve vnitřním prostředí buňky. Od bakterií až po plánování každá buňka obsahuje vodní kanály aquaporinu. Tyto kanály blokuje všechny ostatní látky kromě molekul vody a stimuluje transport vody do buňky nebo z buňky difúzí. 

Typy kanálových proteinů

Uvnitř buněk se nacházejí různé typy kanálových proteinů. V buňkách vnitřního ucha je přítomno asi 300 typů kanálových proteinů. Na základě přítomnosti bran se kanálové proteiny diferencují na dva typy, např.

• Non Gated Channel Proteiny
• Proteiny Gated Channel

Non Gated Channel Proteiny

V případě proteinů bez hradlového kanálu zůstává pór nebo kanál otevřený jak ve vnitřním, tak vnějším prostředí po celou dobu. To znamená, že může volně přenášet vodu a specifické ionty. Je také známý jako únikový kanál jak neustále vydává molekuly. Negated channel proteiny jsou obecně umístěny na membráně organel nebo na některých specifických místech, kde není nutné udržovat iontový gradient.

Proteiny Gated Channel

Protein hradlového kanálu zůstává po většinu času uzavřený, dokud nepřijme jakýkoli signál pro otevření kanálu. Po otevření kanálu jím mohou procházet specifické polární ionty. Nervové buňky hrají hlavní roli při spouštění kanálových proteinů. Nervové buňky přivádějí elektrický signál do kanálových proteinů. Proteiny na to reagují a otevírají kanál.

Na základě procesu hradlování se proteiny hradlového kanálu dále diferencují do některých dalších kategorií. Pojďme se na ně podívat blíže.

• Napěťově řízené iontové kanály
• Ligandové iontové kanály
• Lipidové iontové kanály
• jiní

Napěťově řízené iontové kanály

Napěťově řízené iontové kanály jsou takovým druhem kanálových proteinů, které se spouštějí změnou elektrický membránový potenciál. Tyto kanály směrově šíří elektrické signály. Napěťově hradlovaný iont kanály jsou přísně iontově specifické a pouze transportní  ionty sodíku (Na+), draslíku (K+), vápníku (Ca2+) a chloridů (Cl-). prostřednictvím procesu difúze.

Tyto iontové kanály se skládají ze tří hlavních částí, jako je napěťový senzor, pór nebo vodivá dráha a brána. Některé nejběžnější napěťově hradlové iontové kanály jsou Napěťově řízené sodíkové kanály, napěťově řízené vápníkové kanály, napěťově řízené draslíkové kanály, přechodné receptorové potenciální kanály, cyklické nukleotidové hradlové kanály, napěťově řízené protonové kanály atd.

Ligandové iontové kanály

Ligand Gated iontové kanály nebo ionotropní receptory jsou speciální druhy iontových kanálů, které reagují na proces navázání chemického posla (ligandu) za účelem otevření a uzavření průchodu. Když nervová buňka provede elektrickou masáž, uvolní neurotransmiter, acetylcholin, v blízkosti iontového kanálu. Poté se neurotransmiter naváže na receptor (ligandový iontový kanál) a provede konformační změny ve struktuře tohoto proteinu. To způsobí otevření tohoto iontového kanálu a transport specifických polárních iontů jako Na+, K+, Ca2+, Cl-, atd.

Iontové kanály řízené ligandem jsou kategorizovány do tří superrodin, jako je např cys-loop receptory, ionotropní glutamátové receptory a ATP-gated kanály. Existují některé další příklady iontových kanálů s ligandovou bránou, jako je iontové kanály pro snímání kyselin pro kationty (ASIC), ATP-gated P2X receptory a anion-permeable y-aminobutyric acid-gated GABAA receptor, etc.

Ligand Gated iontové kanály z Wikimedia

Lipidové iontové kanály

Lipidové hradlové iontové kanály jsou regulovány molekulami vázajícími lipidy, což vede k otevření kanálového průchodu. Aniontová signální lipidová molekula se váže na transmembránovou doménu plazmatické membrány. Fosfatidylinositol 4,5-bisfosfátový uzavřený kanál, uzavřený kanál kyseliny fosfatidové, uzavřený kanál fosfatidylglycerolu, mechanosenzitivní iontový kanál jsou nejběžnější lipidové hradlové iontové kanály.

jiní

Kromě výše uvedených typů existuje mnoho iontových kanálů. Skládají se také z některých podobností s dříve diskutovanými iontovými kanály. 

Vnitřní usměrňovač draslíkové iontové kanály, vápníkem aktivované draslíkové kanály jsou jeden z nejběžnějších iontových kanálů přítomných pro transport draslíku. Světelný kanál který spouští elektromagnetickým zářením (foton). channelrhodopsin-1, channelrhodopsin-2 jsou nejběžnější světelně hradlové iontové kanály. Mechanocitlivé iontové kanály které jsou ovlivněny tlakem, natažením, posuny. Nejvíce se vyskytuje v bakteriích a archaea buňky.

Existují také některé další iontové kanály, jako např Cyklické kanály řízené nukleotidy, kanály řízené teplotou atd.

Příklady kanálových proteinů

V každém živém organismu jsou přítomny různé druhy kanálových proteinů. Podívejme se blíže na některé nejběžnější příklady kanálových proteinů.

• Aquaporiny
• Proteiny chloridového kanálu
• Proteiny vápníkového kanálu
• Proteiny draslíkového kanálu

Aquaporiny

Vodní kanál proteiny buněčné membrány se nazývají aquaporiny. Od bakterií po houby, rostliny a živočichové všichni obsahují akvaporiny pro transport vody plazmatickou membránou. Aquaporiny jsou proteiny s hradlovým kanálem, které umožňují transport vody jednoduchým difúzním procesem. Je to hlavní vodní čerpací systém buňky. Hlavní funkcí akvaporinů je transport vody dovnitř nebo ven z buňky. Zabraňuje průchodu polárních iontů a dalších rozpuštěných látek. U savců je přítomno třináct akvaporinů. 

Aquaporiny z Wikimedia

Proteiny chloridového kanálu

Proteiny chloridových kanálů jsou většinou v rodině m napěťově hradlovaných iontových kanálů nebo ligandem ovládaných iontových kanálů. Jeho hlavní funkcí je regulovat pH buňky, stimulovat transport organických látek, pomáhat při migraci buněk, procesu proliferace a diferenciace.. Tento protein se skládá z 1 až 12 transmembránových segmentů.

Proteiny vápníkového kanálu

Proteiny vápníkových kanálů jsou většinou v rodině napěťově řízených iontových kanálů a ligandem řízených iontových kanálů. Tyto kanálové proteiny vedou transport iontů vápníku přes buněčnou membránu. Proteiny vápníkového kanálu se většinou nacházejí v kosterních svalech, kostech (osteoblastech), mozku, periferním nervovém systému, páteři, neuronech atd. Hlavní funkcí proteinů vápníkových kanálů je transport iontů vápníku na místo určení. Uvolňuje ionty vápníku a stimuluje procesy přenosu signálu. 

Proteiny draslíkového kanálu

Proteiny draslíkových kanálů jsou většinou proteiny distribuovaných kanálů, které se nacházejí ve všech živých organismech. Aktivně reguluje různé druhy buněčných funkcí. Umožňuje difúzi draselných iontů až do elektrochemických gradientů. To přímo ovlivňuje akční potenciál srdce, udržuje cévní tonus, stimuluje proces sekrece hormonů (hormon inzulínu z beta buněk slinivky břišní) atd.

Kromě nich existuje také mnoho kanálových proteinů, které jsou široce distribuovány v buňkách živých bytostí, jako jsou např proteiny sodíkového kanálu, proteiny protonového kanálu atd. 

Channel Protein Pathway

Role kanálových proteinů v membránovém transportním systému buněk je obrovská. Kanálové proteiny umožňují transport vody a specifických polárních iontů přes buněčnou membránu. Pojďme si probrat dráhu fungování kanálových proteinů krok za krokem.

• Nejprve, když buněčná voda nebo polární ionty potřebují být transportovány na jinou stranu buňky, aby fungovaly, koncentrační gradient jim umožňuje difundovat buňkou membrána. 
• Polární ionty jsou odpuzovány hydrofobní povahou plazmatické membrány a nemohou přes ni difundovat.
• Pak jsou zapotřebí membránové transportní proteiny (kanálové proteiny), které poskytují hydrofilní průchod pro transport vodních látek a polárních iontů.
• V případě proteinů bez hradlového kanálu usnadněná difúze s pomocí procesu vytváří kanálový protein hydrofilní pór nebo kanál pro konstantní transport. 
• V případě proteinů s hradlovým kanálem je k otevření kanálu vyžadován určitý druh chemické, elektrické nebo biologické signalizace.
• Některé specifické buněčné aktivity pak spouštějí tento konkrétní kanálový protein, což způsobuje otevření kanálu a transport iontů přes buněčnou membránu je zpracován.
• Po ukončení transportního procesu, kdy kanál již není potřeba, je externí signál zastaven a kanál bude uzavřen.

Takže toto jsou kroky, kterými se funkce kanálových proteinů a stimulovat několik procedur přenosu signálu.

Je přenos kanálových proteinů aktivní nebo pasivní?

Projekt kanálový transport proteinů proces je výhradně pasivní. Transportuje specifické molekuly přes buněčnou membránu směrem k jejich koncentračnímu gradientu pouze pasivním difúzním procesem.

V případě aktivní transport molekuly je třeba přenést přes buněčnou membránu proti jejich koncentračnímu gradientu. Tento proces také potřebuje chemickou energii. To je důvod, proč kanálové proteiny nemohou pokračovat přes aktivní transport mechanismus; pouze transportují molekuly pasivním difúzním procesem.

Proces usnadněné difúze z Wikimedia

Pasivní transport kanálových proteinů

Kanálové proteiny transportují molekuly pouze pasivním transportním mechanismem nebo usnadněným difúzním procesem.

Většina polárních molekul nebo iontů se nemůže pohybovat přes plazmatickou membránu pro svou hydrofobní povahu. Proto ten kanál proteiny poskytují hydrofilní průchod pro tuto specifickou molekulu, aby jím mohla projít procesem usnadněné difúze. V tomto procesu není potřeba žádná spotřeba energie. Polární ionty se snadno pohybují dolů na svůj koncentrační gradient.

V tomto procesu se polární ionty pohybují z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací, dokud se nevyrovnají.

Je ATP syntáza kanálový protein?

ATP syntáza je protein, který působí jako enzym v mitochondriích a také jako kanálový protein řízený protonovým transportem. ATP syntáza je kanálový protein, který otevírá kanál pro transport protonů v mitochondriích.

ATP syntáza je protein, který se tvoří adenosintrifosfát (ATP) s použitím adenosindifosfátu (ADP) a anorganického fosfátu (Pi) během buněčné dýchání proces v mitochondriích. Během tohoto procesu tok elektronů vytváří elektrochemický gradient rozdílem koncentrace protonů (H+). Tentokrát se aktivuje ATP syntáza a slouží jako integrální kanálový protein, otevírá kanál pro transport protonů přes buněčnou membránu.

Chcete-li vědět více, přečtěte si náš článek na Adenosin nukleosid a nukleosid fosforamidit Přehled důležitých aspektů

Nosný protein vs kanálový protein

Projekt nosný proteins a kanálové proteiny jsou integrální membránové transportní proteiny, které pomáhají při transportu specifických molekul přes plazmatickou membránu buňky. S několika podobnostmi mají tyto dva druhy transportních proteinů také různé rozdíly.

Proč jsou kanálové a nosné proteiny specifické pro jednu molekulu?

Kanálové proteiny jsou velmi specifické pro jeden druh molekul, které transportují. Hradlované iontové kanály zůstávají uzavřené, dokud nepřijme jakýkoli biologický signál z buňky. Poté otevře póry nebo hydrofilní kanál pro tuto specifickou molekulu nebo několik podobných molekul a transportuje ji přes membránu.

Nosné proteiny jsou také velmi specifické pro jednu molekulu. Přirozeně se potřebuje vázat s rozpuštěnou látkou, kterou transportoval. Po navázání má konformační změnu ve své struktuře a transportuje tuto jednu molekulu přes buněčnou membránu. 

Jsou kanálové proteiny amfipatické?

Amfipatická molekula znamená speciální druh molekuly, která má v sobě polární i nepolární oblasti. Kanálové proteiny mají ve své struktuře polární i nepolární části, proto jsou všechny kanálové proteiny amfipatické povahy.

Tato amfipatická povaha kanálových proteinů jim pomáhá při přenosu polární ionty a kříží polární a nepolární oblast plazmatické membrány buňky.

Proč jsou kanálové proteiny amfipatické?

Kanál proteiny jsou amfipatické, protože obsahují polární i ne polární oblasti v jejich struktuře.

Pro jejich fungování je nezbytná amfipatická povaha. Kanálové proteiny se připojují k buněčné membráně (hydrofobní oblast) a poskytují hydrofilní průchod pro transport. Polární ionty interagují s jeho hydrofilním průchodem a procházejí skrz něj.

Proč voda potřebuje kanálový protein?

Vodní látky využívají pro svůj transport přes plazmatické membrány kanálové proteiny zvané aquaporiny. Asi 6 typů akvaporinů je exprimováno pouze v oblasti našich ledvin.

Voda je polární molekula, takže když se snaží proniknout plazmatickou membránou, je odpuzována hydrofobní povahou membrány. Čelí také několika překážkám a poruchám na cestě a rychlost přepravy bude klesat. To je důvod, proč voda potřebuje kanálový protein, kterým jsou aquaporiny pro transport přes plazmatickou membránu.

U savců se vyskytuje třináct akvaporinů. Což otevírá hydrofilní póry pro substanci polární vody a pomáhá při transportu bez interakce s hydrofobními oblastmi plazmatické membrány.

Jsou kanálové proteiny hydrofobní nebo hydrofilní?

Kanálové proteiny jsou amfipatické povahy, což znamená, že obsahují oba polární a nepolární oblasti ve své struktuře.

Kanálový protein poskytuje hydrofilní dráhu nebo kanál exponovaný v intracelulárním i extracelulárním prostředí pro provádění transportních procesů. Přenáší některé specifické polární ionty nebo molekuly svým hydrofilním kanálem, čímž se vyhýbá jejich interakci s hydrofobními oblastmi plazmatické membrány.

Chcete-li se dozvědět více o eukaryotických buňkách, přečtěte si náš článek na Příklady eukaryotických buněk: Detailní pohledy

Jako celek můžeme říci, že kanálové proteiny jsou jednou z nejdůležitějších součástí membránového transportního systému buňky. Skládá se z několika různých proteinových podjednotek a je přítomen v buňkách všech živých bytostí. Hraje významnou roli v pasivní doprava molekul a stimuluje různé procedury přenosu signálu. Uvádíme také rozdíl mezi nesenými proteiny a kanálovými proteiny a mnoho dalších. Doufám, že to pro vás bude informativní.

Také čtení:

• Buněčná stěna hub a buněčná stěna archaea
• Mají prokaryota trna
• Příklady globulárních proteinů
• Mají prokaryota centrioly 2
• Je jádro buněčná organela
• Příklad enzymu izomerázy
• Zaškrtněte příklady
• Vyskytuje se sestřih u prokaryot?
• Příklad stop kodonu
• Příklady jednobuněčných rostlin

Piyali Das

Dobrý den, jmenuji se Piyali Das a dokončuji postgraduální studium zoologie na Kalkatské univerzitě. Jsem velmi zapálený pro psaní akademických článků. Mým cílem je vysvětlit čtenářům složité věci jednoduchým způsobem prostřednictvím mých spisů.