Unha proteína transportadora de membrana é unha proteína de membrana implicada no movemento de ións, pequenas moléculas e macromoléculas (como outras proteínas), a través dunha membrana biolóxica. Estas proteínas de transporte son proteínas transmembrana integrais, o que quere dicir que existen permanentemente na membrana e esténdense por todo o grosor da mesma, na cal transportan substancias. As proteínas poden axudar ao movemento de substancias por difusión facilitada, transporte activo, osmose, ou difusión inversa. Os dous tipos principais de proteínas dedicadas a este transporte son clasificadas grosso modo como canles ou carrexadores (tamén chamados transportadores, ou permeases). Exemplos de proteínas canles/carrexadoras son o uniportador GLUT 1, as canles de sodio e as canles de potasio. Os carrexadores de solutos e os SLCs atípicos son transportadores facilitadores ou activos secundarios en humanos. En conxunto os transportadores e canles de membrana constitúen o transportoma. Os transportomas gobernan o influxo e efluxo na célula non só de ións e nutrientes senón tamén de fármacos.

Diferenzas entre canles e carrexadores

Un carrexador non está aberto simultaneamente aos ambientes extracelular e intracelular, senón que só está aberta a súa porta interna ou a externa. A diferenza disto, unha canle pode estar aberta a ambos os ambientes á vez, permitindo que as moléculas difundan sen interrupción (independentemente do feito de que algunhas poden ter portas e estar en estado aberto ou pechado). Os carrexadores teñen sitios de unión para a molécula transportada, pero as canles e poros non. Cando a canle está aberta, poden pasar millóns de ións por segundo a través da membrana, pero a través dunha molécula carrexadora soamente pasan normalmente de 100 a 1000 moléculas á vez. Cada proteína carrexadora está deseñada para recoñecer soamente unha substancia ou un grupo de substancias moi similares. Correlacionáronse os defectos en proteínas carrexadoras específicas con doenzas específicas.

Transporte activo

miniatura|300px|A bomba de sodio-potasio (un tipo de ATPase tipo P) atópase nas membranas plasmáticas de moitas células e é un exemplo de transporte activo primario. Coa enerxía proporcionada polo ATP, a bomba transporta ións sodio e potasio en direccións opostas, ambas en contra de gradiente de concentración. Nun só ciclo da bomba expúlsanse tres ións sodio e impórtanse ao interior da célula dous ións potasio. O transporte activo é o movemento dunha substancia a través da membrana en contra do seu gradiente de concentración. Isto adoita servir para acumular altas concentracións de moléculas que a célula precisa, como a glicosa ou aminoácidos. Se o proceso usa enerxía química, como o adenosín trifosfato (ATP), chámase transporte activo primario. As proteínas transportadoras de membrana que son puladas directamente pola hidrólise do ATP denomínanse bombas ATPases. Estes tipos de bombas dirixen a hidrólise exergónica do ATP co movemento desfavorable de moléculas contra o seu gradiente de concentración. Exemplos de bombas ATPases son as ATPases tipo P, ATPases tipo V, ATPases tipo F e transportadores ABC.

O transporte activo secundario supón o uso dun gradiente electroquímico, e non usa enerxía producida na célula. Normalmente usa uns tipos de proteínas carrexadoras, como simportadores e antiportadores. As proteínas simportadoras acoplan o transporte dunha molécula a favor do seu gradiente de concentración co transporte doutra molécula contra o seu gradiente de concentración, e ambas as moléculas difunden na mesma dirección. As proteínas antiportadoras transportan unha molécula a favor do seu gradiente para transportar outra contra o seu gradiente, pero as moléculas difunden en direccións opostas. Como os simportadores e os antiportadores interveñen no acoplamento do transporte de dúas moléculas, xeralmente denomínanse cotransportadores. A diferenza das proteínas de canle, que só transportan substancias a través das membranas pasivamente, as proteínas carrexadoras poden transportar ións e moléculas pasivamente por difusión facilitada ou por transporte activo secundario. Cómpre unha proteína carrexadora para mover partículas desde áreas de baixa concentración a áreas de alta concentración. Estas proteínas carrexadoras teñen receptores que se unen a unha molécula específica (substrato) que debe ser transportada. A molécula ou ión que se vai transportar (o substrato) debe unirse primeiro a un sitio de unión da molécula transportadora, cunha certa afinidade de unión. Unha vez se produciu a súa unión, e mentres o sitio de unión está orientado na mesma dirección, o carrexador captura ou oclúe (capta e retén) o substrato dentro da súa estrutura molecular e causa unha translocación interna para que a abertura da proteína se oriente agora cara ao outro lado da membrana plasmática. O substrato da proteína carrexadora libérase nese sitio, segundo a afinidade de unión que teña alí.

Difusión facilitada

miniatura|300px|A difusión facilitada na membrana plasmática, mostrando canles iónicas (esquerda) e proteínas carrexadoras (as tres da dereita).

A difusión facilitada é o paso de moléculas ou ións a través da membrana biolóxica por medio de proteínas de transporte específicas e non necesitan unha achega de enerxía. A difusión facilitada utilízase especialmente no caso de grandes moléculas polares e ións. Unha vez que ditos ións se disolven en auga non poden difundir libremente a través das membranas celulares debido á natureza hidrófoba das colas dos ácidos graxos dos fosfolípidos que constitúen as bicapas das membranas.

O tipo de proteínas carrexadoras usadas na difusión facilitada é lixeiramente diferente do usado no transporte activo. Hai tamén proteínas carrexadoras transmembrana, pero estas son canles transmembrana de apertura regulada (gated), o que significa que non se trasladan internamente, nin necesitan ATP para funcionar. O substrato tómase a un lado do carrexador de apertura regulada, e sen usar ATP libérase o substrato dentro da célula. A difusión facilitada non require o uso de ATP, xa que, igual que a difusión simple, transporta moléculas ou ións a favor do seu gradiente de concentración.

Osmose

A osmose é a difusión pasiva de auga a través da membrana plasmática desde unha área de alta concentración a outra de baixa. É un proceso pasivo no que non se gasta ATP que é importante para regular o equilibrio de auga e sales nas células, mantendo a homeostase. Na osmose poden intervir proteínas integrais de membrana como as acuaporinas que permiten o paso rápido de auga e glicerol a través das membranas. Os monómeros de acuaporina constan de seis dominios transmembrana en hélices alfa e estes monómeros poden ensamblarse para formar as proteínas acuaporinas. Catro destes monómeros idénticos se unen para formar a proteína acuoporina homotetrámera. Todas as acuaporinas son proteínas integrais de membrana tetrámeras, e o paso de auga prodúcese a través de cada canle monómera individual e non entre o conxunto das catro canles. Como as acuoporinas son canles transmembrana para a difusión da auga, as canles que forman a acuoporina están aliñadas con cadeas laterais hidrófilas para permitir que a auga pase a través.

Difusión inversa

O transporte inverso ou inversión de transportador é un fenómeno no cal os substratos dunha proteína transportadora de membrana son transportados en dirección oposta á do seu movemento típico no transportador. A inversión do transportador ocorre normalmente cando unha proteína transportadora de membrana é fosforilada por unha determinada proteína quinase, que é un encima que engade un grupo fosfato ás proteínas.

Tipos (Agrupados nas categorías da Transporter Classification Database)

1: Canles/poros Canles de proteínas α-helicoidais como as canles iónicas reguladas por voltaxe (VIC) e canles iónicas reguladas por ligando(LGICs). Porinas de barril β como a acuaporina. Toxinas formadoras de canles, como as colicinas, toxina diftérica e outras. Canles non sintetizadas ribosomicamente, como a gramicidina. Holinas; que funcionan na exportación de encimas que dixiren as paredes celulares bacterianas nun paso inicial da lise celular.

A difusión facilitada ocorre cara a dentro e a fóra da membrana celular a través de canles/poros e carrexadores/portadores.

Nota: Canles: As canles poden estar en estado aberto ou pechado. Cando unha canle está aberta cun lixeiro cambio conformacional, ábrese a ambos ambientes simultaneamente (extracelular e intracelular). miniatura|Esta imaxe representa un simportador. O triángulo amarelo mostra o gradiente de concentración dos círculos amarelos mentres que o triángulo verde mostra o gradiente de concentración dos círculos verdes, e as barras púrpuras son o feixe de proteínas de transporte. Os círculos verdes móvense en contra do seu gradiente de concentración a través dunha proteína de transporte que necesita enerxía, mentres que os círculos amarelos se moven a favor do gradiente de concentración que libera enerxía. Os círculos amarelos producen máis enerxía por quimioosmose que a que cómpre para transportar os círculos verdes, así que o movemento está acoplado e parte da enerxía é anulada. Un exemplo é a lactosa permease, que deixa que os protóns pasen a favor de gradiente de concentración na célula mentres que á vez bombea lactosa ao interior da célula. Poros: Os poros están abertos continuamente a ambos ambientes, porque non sofren cambios conformacionais. Están sempre abertos e activos.

2: Transportadores pulados polo potencial electroquímico Tamén chamados proteínas carrexadoras ou carrexadores secundarios. 2.A: Portadores (uniportadores, simportadores, antiportadores), SLCs. miniatura|A imaxe representa un uniportador. O triángulo amarelo mostra o gradiente de concentación dos círculos amarelos, e as barras púrpura son o feixe de proteínas transportadoras. Como se moven a favor do seu gradiente de concentración a través dunha proteína de transporte, poden liberar enerxía como resultado da quimioosmose. Un exemplo é GLUT1, que transporta glicosa a favor do seu gradiente de concentración ao interior da célula.Transportadores de aminoácidos excitativos (EAATs) EAAT1 EAAT2 EAAT3 EAAT4 EAAT5 Transportador de glicosa Transportadores de monoaminas, incluíndo: Transportador de dopamina (DAT) Transportador de norepinefrina (NET) Transportador de serotonina (SERT) Transportadores de monoaminas vesiculares (VMAT) Translocador de nucleótidos de adenina (ANT) 2.B: Portadores non sintetizados ribosomicamente, como: A familia da nixericina A familia da tonomicina 2.C: Enerxizadores pulados polo gradiente iónico

3: Transportadores activos primarios 3.A: Transportadores pulados pola hidrólise do enlace P-P (tamén chamados bombas puladas por ATP ou ATPases de transporte): transportador de casete que se une ao ATP (transportador ABC), como MDR, CFTR ATPase tipo V ; ("V" indica vacuolar). ATPase tipo P ; ("P" indica fosforilación), como: ATPase de Na+/K+ ATPase de Ca2+ da membrana plasmática Bomba de protóns ATPase tipo F; ("F" indica factor), incluíndo: a ATP sintase mitocondrial, ATP sintetase 1 do cloroplasto