Błona komórkowa oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego. Jest to półprzepuszczalny płaszcz lipidowo-białkowy istniejący we wszystkich typach komórek. Błona komórkowa zawiera białka błonowe, zapewniające selektywną przepuszczalność i transport błonowy. Białka te są ważne dla podtrzymania życia, gdyż przetrwanie komórki zależy od jej zdolności do kontrolowania odmiennego składu środowiska zewnątrzkomórkowego i wewnątrzkomórkowego. Białka transportowe, częścią błon są białka kanałowe i nośnikowe.

Co to jest białko kanałowe?

Białka kanałowe to białka, które mają zdolność do tworzenia hydrofilowych porów (kanałów) w błonach komórkowych, transportując cząsteczki w dół gradientu stężeń.

Białka kanałowe umożliwiają transport przez błonę albo jednego rodzaju cząsteczek, albo kilku rodzajów podobnych cząsteczek. Mają one różne średnice, elektrycznie naładowane grupy i wysoką selektywność. Białka kanałowe przekraczają całą błonę, dzięki czemu docelowe cząsteczki przechodzą przez nie na drodze dyfuzji. Transport ten pozwala polarnym i naładowanym substancjom uniknąć hydrofobowej wewnętrznej części błony, która spowolniłaby lub zablokowała ich wejście do komórki.





Białka kanałowe nie wchodzą w interakcje z transportowanymi substancjami. Pozwala to na szybki transport substancji przez błonę.

Niektóre białka kanałowe są otwarte przez cały czas, inne mogą być otwierane lub zamykane w odpowiedzi na określony sygnał (taki jak sygnał elektryczny lub wiązanie cząsteczki). Komórki biorące udział w przekazywaniu sygnałów elektrycznych (komórki nerwowe i mięśniowe) mają w swoich błonach zamknięte białka kanałowe dla jonów sodu, potasu i wapnia. Otwieranie i zamykanie tych kanałów, a także wynikające z tego zmiany stężenia tych jonów wewnątrz komórki, odgrywają ważną rolę w przekazywaniu sygnałów elektrycznych przez błony w komórkach nerwowych i w skurczu mięśni.



W zależności od czynnika, który otwiera (aktywuje) lub zamyka (inaktywuje) białka kanałów są one:

  • Białka kanałowe zależne od potencjału – aktywowane przez zmianę potencjału błony;
  • Białka kanałowe zależne od ligandu – aktywowane przez wiązanie z ligandem-mediatorem, hormonem;
  • Mechanicznie zależne białka kanałowe – aktywowane przez mechaniczną deformację błony komórkowej.

Przykładem białek kanałowych są kanały jonowe chlorkowe, potasowe, wapniowe, sodowe. Szczególnym rodzajem białek kanałowych są akwaporyny, które potrafią bardzo szybko przewodzić wodę przez błonę.



Co to jest białko nośnikowe?

Białka nośnikowe to integralne białka, które mogą transportować substancje przez błonę, zarówno w kierunku, jak i wbrew gradientowi stężeń.

Białka nośnikowe dzielą się na:

  • Uniporty – przenoszą tylko jeden rodzaj cząsteczek lub jonów, wbrew gradientowi stężeń;
  • Symporterzy – przenoszą dwa lub więcej różnych cząsteczek lub jonów w jednym kierunku;
  • Antyportery – przenoszą w przeciwne strony różne cząsteczki lub jony.


Białka nośnikowe transportują substancje przez błony komórkowe wbrew (transport aktywny) lub w dół gradientu stężeń (dyfuzja ułatwiona). Przemieszczanie substancji wbrew gradientowi stężeń wymaga energii. Energia ta może być uzyskana z ATP lub z otoczenia. Transport cząsteczek i jonów w dół gradientu stężeń nie wymaga energii.

Niektóre białka realizują tzw. wtórny transport aktywny, który wykorzystuje ułatwioną dyfuzję jednej substancji do napędzania aktywnego transportu innej. Transport ten wymaga energii, ale nie jest ona uzyskiwana bezpośrednio z ATP.

Do funkcji białek nośnikowych należą:

  • Transport dużych cząsteczek przez błonę komórkową (lipidy, cukry itp.);
  • Tworzenie gradientów jonowych, umożliwiających:
    • Funkcjonowanie mitochondriów – transport protonów przez błonę i powstały gradient prowadzi do powstania ATP;
    • Funkcjonowanie komórek nerwowych – gradient sodowo-potasowy jest źródłem zasilania tych komórek;
    • Funkcjonowanie chloroplastów itp.

    Przykładami białek nośnikowych są:



    • Pompa sodowo-potasowa – wykorzystuje 20-25% ATP w komórkach człowieka do transportu jonów sodu i potasu na zewnątrz komórki, wbrew gradientowi;
    • Kotransport glukozowo-sodowy – pośrednio wykorzystuje ATP do zasilania wtórnego transportu aktywnego;
    • Walinomycyna – przenosi potas w dół gradientu stężeń. Może niszczyć gradienty elektrochemiczne bakterii i jest stosowana jako antybiotyk.

    Różnica między białkami kanałowymi a nośnikowymi

    Definicja

    Białka kanałowe: Białka kanałowe to białka, które mają zdolność do tworzenia hydrofilowych porów w błonach komórkowych, transportując cząsteczki w dół gradientu stężeń.

    Białka nośnikowe: Białka nośnikowe to integralne białka, które mogą transportować substancje przez błonę, zarówno w dół, jak i wbrew gradientowi stężeń.

    Kierunek transportu

    Białka kanałowe: Białka kanałowe transportują substancje w dół gradientu stężeń.

    Białka nośnikowe: Białka nośnikowe transportują substancje zarówno w dół, jak i wbrew gradientowi stężeń.

    Mechanizm transportu



    Białka kanałowe: Białka kanałowe tworzą pory przecinające błonę, dzięki czemu docelowe cząsteczki lub jony przechodzą przez nie na drodze dyfuzji, bez interakcji.

    Białka nośnikowe: Białka nośnikowe wiążą się z cząsteczkami lub jonami po jednej stronie błony i uwalniają je po drugiej.

    Rodzaje

    Białka kanałowe: W zależności od czynnika, który je aktywuje lub inaktywuje, białka kanałowe to białka kanałowe zależne od potencjału, zależne od ligandu, zależne od mechanizmu itp.



    Białka nośnikowe: W zależności od charakterystyki białek nośnikowych transportu są uniporterami, symporterami, antyporterami itp .

    Zużycie energii

    Białka kanałowe: Białka kanałowe nie zużywają energii na transport cząsteczek i jonów w dół gradientu stężeń.

    Białka nośnikowe: Białka nośnikowe potrzebują energii do transportu substancji wbrew gradientowi stężeń. Transport cząsteczek i jonów w dół gradientu stężeń nie wymaga energii.

    Przykłady



    Białka kanałowe: Przykłady białek kanałowych obejmują kanały jonowe chlorkowe, potasowe, wapniowe, sodowe, akwaporyny itp.

    Białka nośnikowe: Przykłady białek nośnikowych to pompa sodowo-potasowa, kotransport glukozowo-sodowy, walinomycyna, itp.