Le proteine canale sono una delle proteine di trasporto di membrana più importanti nella cellula. Qui discuteremo le funzioni, i tipi, gli esempi e tutti i fatti esaustivi delle proteine canale.
Le proteine canale sono una delle più importanti proteine di trasporto di membrana presenti nella cellula di tutti gli esseri viventi. Queste proteine sono in grado di aprire un poro o un canale attraverso il quale specifiche molecole cellulari possono essere trasportate attraverso la membrana cellulare.
Le proteine canale trasportano molecole specifiche come l'acqua cellulare e gli ioni polari attraverso la membrana attraverso il processo di diffusione. Le molecole vengono trasportate fino al loro gradiente di concentrazione nella cellula.
Che cos'è una proteina del canale?
In parole semplici, le proteine integrali che formano i pori e che trasportano le sostanze lungo il gradiente di concentrazione sono le proteine canale.
Le proteine canale sono un tipo speciale di proteine di trasporto di membrana che forniscono il passaggio per l'acqua e gli ioni polari e li trasportano fino al gradiente di concentrazione della cellula. Queste sono in realtà le proteine integrali delle membrane cellulari, che fungono da canali idrofili dell'acqua e di specifici ioni polari.
Una proteina canale è in realtà a assemblaggio proteico multi-subunità. Ciò significa diverse subunità proteiche (proteine omologhe) come α, β, γ e più subunità vengono coinvolti insieme e lavorano come una singola proteina canale che forma i pori.
Con una natura ad alta selettività, le proteine del canale possono trasportare milioni di ioni in pochi secondi. Questi canali sono per lo più aperti sia in ambienti intracellulari che extracellulari e trasportano acqua e ioni polari attraverso diffusione facilitata processi verso il gradiente di concentrazione.
Le proteine canale hanno diametri diversi a seconda della loro tipologia. Sono esclusivamente proteine integrali di membrana che ricoprono l'intera membrana attorno a un poro o canale specifico. Ecco come rimanendo incorporato all'interno del membrana plasmatica che è di natura altamente idrofobica, queste proteine canale aprono percorsi idrofili per alcuni ioni polari o molecole d'acqua altamente specifici fino al gradiente di concentrazione.
Per saperne di più sui monomeri leggi il nostro articolo su Esempi di monomeri: approfondimenti e fatti dettagliati
Funzione delle proteine del canale
La proteina canale svolge diverse funzioni all'interno della cellula. Svolge un ruolo importante anche nel movimento delle parti del corpo. Diamo uno sguardo più da vicino alle funzioni delle proteine canale.
- La funzione principale delle proteine canale è quella di facilitare il trasporto di alcune molecole specifiche (molecole d'acqua o piccoli ioni polari) attraverso la membrana plasmatica idrofobica.
- Apre un poro o canale idrofilo dal quale la sostanza acquosa o gli ioni polari possono essere attraversati facilmente.
- Controllando il flusso dell'acqua, le proteine canale possono bilanciare la sostanza acquosa all'interno della membrana plasmatica. In questo modo può anche mantenere la stabilità delle parti interne della cellula.
- Le proteine del canale controllato mantengono anche il gradiente ionico della cellula e aiutano a ottenere uno stato di equilibrio. Trattiene lo ione finché non viene ricevuto un segnale per l'apertura del canale.
- Controllando i meccanismi di scambio ionico può creare attivamente cambiamenti elettrici all'interno della cellula.
- Le proteine canale contribuiscono anche alla procedura di trasduzione del segnale delle cellule.
I canali non recintati forniscono un percorso idrofilo da cui l'acqua e gli ioni polari possono liberamente passare all'interno della membrana plasmatica idrofobica per diffusione. In questo processo non è necessario alcun tipo di energia. Le molecole vengono trasferite naturalmente da un'area a concentrazione più elevata a un'area a concentrazione inferiore.
Le proteine del canale gate sono per lo più situate sulla membrana plasmatica degli organelli legati alla membrana della cellula. Quindi contribuiscono a mantenere l'equilibrio idrico e la stabilità ionica elettrica dell'ambiente interno sotto quel particolare organello (omeostasi).
Come funziona una proteina del canale?
Le proteine canale svolgono un ruolo molto importante nel mantenimento dell'equilibrio dell'ambiente cellulare. Diamo uno sguardo più da vicino a come funziona passo dopo passo.
Quando è necessario trasportare l'acqua intracellulare o gli ioni polari attraverso la membrana plasmatica, la proteina canale si attiva e apre un canale per il trasporto. Dopo il trasporto, le molecole possono anche innescare altre attività ed è così che le proteine canale contribuiscono alla procedura di trasduzione del segnale.
Ad esempio, anche la contrazione muscolare viene stimolata dalle proteine canale. Quando un muscolo deve essere contratto, una cellula nervosa porta un segnale elettrico e lo rilascia un neurotrasmettitore, l'acetilcolina. L'acetilcolina si diffonde e raggiunge le proteine canale vicine. Quelle proteine canale rilasciano ioni sodio e potassio. Questa secrezione ionica comporta anche l'attivazione di un'altra proteina del canale. Gli ioni sodio e potassio innescano la contrazione delle proteine actina e miosina. Ecco come le proteine canale lavorano insieme e stimolano la procedura di contrazione muscolare.
Nel caso dei canali d'acqua, per lo più noti acquaporine svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell’equilibrio idrico nell’ambiente interno della cellula. Dai batteri alla pianta, ogni cellula contiene canali d'acqua di acquaporina. Questi canali bloccano tutte le altre sostanze tranne le molecole d'acqua e stimolano il trasporto dell'acqua dentro o fuori la cellula per diffusione.
Tipi di proteine del canale
All'interno delle cellule si trovano vari tipi di proteine canale. Nelle cellule dell’orecchio interno sono presenti circa 300 tipi di proteine canale. In base alla presenza di porte, le proteine del canale si differenziano in due tipi come-
Proteine del canale non recintato
In caso di proteine di canale non gate, il poro o il canale rimane sempre aperto sia negli ambienti interni che esterni. Ciò significa che può trasportare liberamente acqua e ioni specifici attraverso di esso. È anche noto come canale di perdita poiché distribuisce costantemente molecole. Le proteine dei canali non-gate sono generalmente situate sulla membrana degli organelli o in alcuni punti specifici dove non è necessario il mantenimento del gradiente ionico.
Proteine del canale gated
Una proteina del canale recintato rimane chiusa per la maggior parte del tempo finché non riceve un segnale per l'apertura del canale. Dopo l'apertura del canale possono passare specifici ioni polari. Le cellule nervose svolgono un ruolo importante nell'attivare le proteine canale. Le cellule nervose portano un segnale elettrico alle proteine canale. Le proteine reagiscono e aprono il canale.
Sulla base del processo di gating, le proteine del canale gated si differenziano ulteriormente in altre categorie. Diamo un'occhiata più da vicino a loro.
Canali ionici voltaggio-dipendenti
I canali ionici voltaggio-dipendenti sono quel tipo di proteine canale, che si attivano modificando il potenziale elettrico di membrana. Questi canali propagano direzionalmente i segnali elettrici. Ioni voltaggio-dipendenti i canali sono strettamente ionici e solo di trasporto ioni sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca2+) e cloruro (Cl−). attraverso il processo di diffusione.
Questi canali ionici sono costituiti da tre parti principali, come un sensore di tensione, il poro o percorso conduttivo e il gate. Alcuni dei canali ionici voltaggio-dipendenti più comuni sono: Canali del sodio voltaggio-dipendenti, Canali del calcio voltaggio-dipendenti, Canali del potassio voltaggio-dipendenti, Canali del potenziale transitorio del recettore, Canali ciclici dipendenti dal nucleotide, Canali protonici voltaggio-dipendenti, ecc.
Canali ionici controllati dal ligando
Canali ionici con gate del ligando o recettori ionotropi sono tipi speciali di canali ionici che rispondono a un processo di legame di un messaggero chimico (ligando) per aprire e chiudere il passaggio. Quando una cellula nervosa effettua un massaggio elettrico, rilascia un neurotrasmettitore, l'acetilcolina, vicino al canale ionico. Successivamente il neurotrasmettitore si lega a un recettore (canale ionico dipendente dal ligando) e apporta cambiamenti conformazionali nella struttura di quella proteina. Ciò provoca l'apertura di quel canale ionico e il trasporto di ioni polari specifici come Na+, K+, Ca2+, Cl−, ecc.
I canali ionici dipendenti dal ligando sono classificati in tre superfamiglie come recettori del ciclo cis, recettori ionotropici del glutammato e canali dipendenti dall'ATP. Ci sono alcuni altri esempi di canali ionici dipendenti dal ligando che possono essere trovati come canali ionici sensibili all'acido permeabili ai cationi (ASIC), recettori P2X dipendenti dall'ATP e il recettore GABAA dipendente dall'acido γ-aminobutirrico permeabile agli anioni, ecc.
Ligand Gated canali ionici da Wikimedia
Canali ionici lipidici
I canali ionici dipendenti dai lipidi sono regolati da molecole leganti i lipidi che determinano l'apertura del passaggio del canale. Una molecola lipidica di segnalazione anionica si lega al dominio transmembrana della membrana plasmatica. Canale con cancello del fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato, canale con cancello dell'acido fosfatidico, canale con cancello del fosfatidilglicerolo, canale ionico meccanosensibile sono i canali ionici dipendenti dai lipidi più comuni.
Altri
Oltre ai tipi sopra menzionati, sono presenti molti canali ionici. Consistono anche in alcune somiglianze con i canali ionici precedentemente discussi.
Canali ionici del potassio raddrizzatori interni, Canali del potassio attivati dal calcio sono uno dei canali ionici più comuni presenti per il trasporto del potassio. Canale illuminato dalla luce che si innesca mediante radiazione elettromagnetica (fotone). channelrhodopsin-1, channelrhodopsin-2 sono i canali ionici portati dalla luce più comuni. Canali ionici meccanosensibili che sono influenzati da pressioni, allungamenti, spostamenti. Si trova principalmente nei batteri e cellule di archaea.
Sono presenti anche altri canali ionici simili Canali ciclici dipendenti dai nucleotidi, canali dipendenti dalla temperatura, ecc.
Esempi di proteine del canale
Ci sono diversi tipi di proteine del canale presenti in ogni organismo vivente. Diamo uno sguardo più da vicino ad alcuni esempi più comuni di proteine del canale.
- Acquaporine
- Proteine del canale del cloro
- Proteine del canale del calcio
- Proteine del canale del potassio
Acquaporine
Il canale dell'acqua proteine della membrana cellulare sono chiamate acquaporine. Dai batteri ai funghi, alle piante e agli animali, tutti contengono acquaporine per il trasporto dell'acqua attraverso la membrana plasmatica. Le acquaporine sono proteine canale recintate che consentono il trasporto dell'acqua mediante un semplice processo di diffusione. È il principale sistema di pompaggio dell'acqua della cella. La funzione principale delle acquaporine è trasportare l'acqua dentro o fuori la cellula. Impedisce il passaggio degli ioni polari e di altri soluti. Ci sono tredici acquaporine presenti nei mammiferi.
Acquaporine da Wikimedia
Proteine del canale del cloro
Le proteine dei canali del cloro appartengono principalmente alla famiglia dei canali ionici m voltaggio-dipendenti o canali ionici dipendenti dal ligando. La funzione principale di questo è quella di regolare il pH della cellula, stimolare il trasporto di soluti organici, aiutare nella migrazione cellulare, nel processo di proliferazione e differenziazione. Questa proteina è composta da 1 a 12 segmenti transmembrana.
Proteine del canale del calcio
Le proteine dei canali del calcio appartengono principalmente alla famiglia dei canali ionici voltaggio-dipendenti e dei canali ionici dipendenti dal ligando. Queste proteine canale conducono il trasporto degli ioni calcio attraverso la membrana cellulare. Le proteine dei canali del calcio si trovano principalmente nei muscoli scheletrici, nelle ossa (osteoblasti), nel cervello, nel sistema nervoso periferico, nelle spine spinali, nei neuroni, ecc. La funzione principale delle proteine del canale del calcio è quella di trasportare gli ioni calcio alle loro destinazioni. Rilascia ioni calcio e stimola le procedure di trasduzione del segnale.
Proteine del canale del potassio
Le proteine canale del potassio sono proteine canale per lo più distribuite presenti in tutti gli organismi viventi. Regola attivamente vari tipi di funzioni cellulari. Permette la diffusione degli ioni potassio fino a gradienti elettrochimici. Direttamente influenza il potenziale d'azione cardiaco, mantiene il tono vascolare, stimola il processo di secrezione ormonale (ormone insulina dalle cellule beta del pancreas), ecc.
Oltre a queste ci sono anche molte proteine canale che sono ampiamente distribuite nelle cellule degli esseri viventi, come ad esempio proteine del canale del sodio, proteine del canale protonico, ecc.
Via delle proteine del canale
Il ruolo delle proteine canale nel sistema di trasporto di membrana delle cellule è immenso. Le proteine canale ne consentono il trasporto acqua e ioni polari specifici attraverso la membrana cellulare. Discutiamo passo dopo passo il percorso di funzionamento delle proteine del canale.
- All'inizio, quando l'acqua cellulare o gli ioni polari devono essere trasportati su un altro lato della cellula per funzionare, il gradiente di concentrazione consente loro di diffondersi attraverso la cellula membrana.
- Gli ioni polari sono respinti dalla natura idrofobica della membrana plasmatica e non possono diffondersi attraverso di essa.
- Quindi sono necessarie le proteine di trasporto della membrana (proteine canale), che forniscono il passaggio idrofilo per il trasporto delle sostanze acquose e degli ioni polari.
- In caso di proteine del canale non gated il diffusione facilitata aiutato dal processo, la proteina del canale forma un poro idrofilo o un canale per il trasporto costante.
- Nel caso delle proteine canale con cancello, per aprire un canale è necessario un qualche tipo di segnalazione chimica, elettrica o biologica.
- Alcune attività cellulari specifiche attivano quindi quella particolare proteina canale, provocando l'apertura di un canale e il trasporto degli ioni attraverso la membrana cellulare.
- Al termine del processo di trasporto, quando il canale non è più necessario, il segnale esterno viene interrotto e il canale viene chiuso.
Quindi questi sono i passaggi attraverso i quali il funzione delle proteine del canale e stimolare diverse procedure di trasduzione del segnale.
Il trasporto delle proteine del canale è attivo o passivo?
I canale di trasporto delle proteine il processo è esclusivamente passivo. Trasporta molecole specifiche attraverso la membrana cellulare verso il loro gradiente di concentrazione solo tramite un processo di diffusione passiva.
In caso di trasporto attivo le molecole devono essere trasferite attraverso la membrana cellulare contro il loro gradiente di concentrazione. Questo processo necessita anche di energia chimica. Ecco perché il le proteine del canale non possono procedere attraverso un trasporto attivo meccanismo; trasportano le molecole solo mediante un processo di diffusione passiva.
Processo di diffusione facilitato da Wikimedia
Trasporto passivo delle proteine del canale
Le proteine del canale trasportano le molecole solo attraverso un meccanismo di trasporto passivo o un processo di diffusione facilitato.
La maggior parte delle molecole o degli ioni polari non sono in grado di muoversi attraverso la membrana plasmatica a causa della sua natura idrofobica. Ecco perché il canale le proteine forniscono un idrofilo passaggio attraverso il quale quella specifica molecola può attraversarlo mediante un processo di diffusione facilitata. In questo processo non è richiesto alcun consumo di energia. Gli ioni polari scendono facilmente fino al loro gradiente di concentrazione.
In questo processo gli ioni polari si spostano da un'area a concentrazione più elevata a un'area a concentrazione più bassa finché non diventano uguali.
L'ATP sintasi è una proteina del canale?
L'ATP sintasi è una proteina che agisce come un enzima nei mitocondri e come una proteina canale che conduce il trasporto dei protoni. L'ATP sintasi è una proteina canale che apre un canale per il trasporto dei protoni nei mitocondri.
L'ATP sintasi è una proteina che si forma adenosina trifosfato (ATP) utilizzando adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorganico (Pi) durante respirazione cellulare processo nei mitocondri. Durante questo processo il flusso di elettroni crea un gradiente elettrochimico dovuto alla differenza nella concentrazione di protoni (H+). Questa volta l'ATP sintasi viene attivata e funge da proteina canale integrale, apre un canale per il trasporto dei protoni attraverso la membrana cellulare.
Per saperne di più leggi il nostro articolo su Nucleoside di adenosina e fosforamidite nucleosidica | Panoramica degli aspetti importanti
Proteina trasportatrice vs proteina canale
I proteina vettoreSia le proteine canale che le proteine canale sono le proteine integrali di trasporto della membrana che aiutano nel trasporto di molecole specifiche attraverso la membrana plasmatica di una cellula. Con molte somiglianze, questi due tipi di proteine di trasporto presentano anche varie differenze.
| Caratteristiche | Proteine carrier | Proteine del canale |
| Definizione | Le proteine carrier sono proteine di trasporto di membrana che consentono il trasporto di specifiche macromolecole (amminoacidi, lipidi) attraverso la membrana plasmatica di una cellula. | Le proteine canale sono proteine di trasporto di membrana che consentono il trasporto dell'acqua e di specifici ioni polari attraverso la membrana plasmatica. |
| Tipi di molecole trasportateI proteine portatrici trasportano principalmente macromolecole come aminoacidi, lipidi, ecc. attraverso la membrana. | Le Proteine Canale trasportano principalmente sostanze acquose e ioni polari attraverso la membrana. | |
| Direzione dei trasporti | Le proteine trasportatrici trasportano le molecole sia verso che contro il loro gradiente di concentrazione. | Le proteine canale trasportano le molecole solo verso il loro gradiente di concentrazione. |
| Processo di trasportoI le proteine trasportatrici possono trasportare molecole sia tramite trasporto attivo che tramite trasporto attivo diffusione passiva processi. | Le proteine canale trasportano le molecole esclusivamente attraverso il processo di diffusione. | |
| Tasso di trasporto | Le proteine trasportatrici possono far passare solo 100-1000 molecole alla volta. | Le proteine canale possono far passare milioni di ioni al secondo. |
| Consumo di energia | Le proteine trasportatrici richiedono energia per le molecole di trasporto. | Le proteine canale non richiedono energia per il trasporto delle molecole. |
| Rilegatura | Si lega con una molecola di soluto e apporta un cambiamento conformazionale. | Non legarsi alle molecole di soluto che trasferisce. |
| Lati di apertura | Le proteine trasportatrici non possono rimanere aperte sia dall'ambiente interno che da quello esterno | Le proteine canale possono rimanere aperte sia dagli ambienti interni che esterni e trasportare costantemente le molecole. |
| Sintetizzato dentroVettore le proteine vengono sintetizzate nei ribosomi liberi nel citoplasma. | Il canale vengono sintetizzate le proteine Nel reticolo endoplasmatico rugoso. | |
| Esempi | Pompa sodio-potassio, cotrasporto glucosio-sodio, ecc. | Acquaporine, canali ionici di calcio, canali ionici di potassio, canali ionici di sodio, ecc. |
Perché le proteine canale e trasportatrici sono specifiche per una molecola?
Le proteine canale sono molto specifiche per il tipo di molecola che trasportano. I canali ionici controllati rimangono chiusi finché non riceve alcun segnale biologico dalla cellula. Successivamente apre un poro o canale idrofilo per quella specifica molecola o diverse molecole simili e la trasporta attraverso la membrana.
Anche le proteine trasportatrici sono molto specifiche per una molecola. Naturalmente ha bisogno di legarsi con un soluto che trasporta. Dopo il legame subisce un cambiamento conformazionale nella sua struttura e trasporta quella molecola attraverso la membrana cellulare.
Le proteine canale sono anfipatiche?
Una molecola anfipatica significa un tipo speciale di molecola che contiene regioni polari e non polari. Le proteine canale hanno parti sia polari che non polari nella sua struttura, ecco perché tutte le proteine canale sono di natura anfipatica.
Questa natura anfipatica delle proteine canale le aiuta a trasferirsi ioni polari e attraversano il polare e il non polare regione della membrana plasmatica della cellula.
Perché le proteine canale sono anfipatiche?
Il canale le proteine sono anfipatiche perché contengono sia polari che non regioni polari nella loro struttura.
La natura anfipatica è necessaria per il loro funzionamento. Le proteine canale si attaccano alla membrana cellulare (regione idrofobica) e forniscono un passaggio idrofilo per il trasporto. Gli ioni polari interagiscono con il suo passaggio idrofilo e lo attraversano.
Perché l'acqua ha bisogno di una proteina canale?
Le sostanze acquose utilizzano proteine canale chiamate acquaporine per il loro trasporto attraverso le membrane plasmatiche. Solo nella zona dei nostri reni sono espressi circa 6 tipi di acquaporine.
L'acqua è una molecola polare quindi quando cerca di attraversare la membrana plasmatica viene respinta dalla natura idrofobica della membrana. Dovrà inoltre affrontare numerosi blocchi e disturbi nel percorso e la velocità di trasporto diminuirà. Ecco perché l’acqua ha bisogno di una proteina canale che sono le acquaporine per il trasporto attraverso la membrana plasmatica.
Ci sono tredici acquaporine trovate nei mammiferi. Che apre un poro idrofilo per la sostanza dell'acqua polare e aiuta nel trasporto senza interagire con le aree idrofobiche della membrana plasmatica.
Le proteine canale sono idrofobe o idrofile?
Le proteine canale sono di natura anfipatica, il che significa che contengono entrambe regioni polari e non polari nella loro struttura.
La proteina canale fornisce un percorso idrofilo o un canale esposto sia in ambienti intracellulari che extracellulari per condurre processi di trasporto. Trasporta alcuni specifici ioni o molecole polari attraverso il suo canale idrofilo, evitando che interagiscano con le aree idrofobiche della membrana plasmatica.
Per saperne di più sulle cellule eucariotiche leggi il nostro articolo su Esempi di cellule eucariotiche: approfondimenti dettagliati
Nel complesso possiamo dire che le proteine canale sono una delle parti più importanti del sistema di trasporto di membrana di una cellula. È costituito da diverse subunità proteiche ed è presente nelle cellule di tutti gli esseri viventi. Svolge un ruolo significativo in trasporto passivo di molecole e stimola varie procedure di trasduzione del segnale. Dichiariamo anche la differenza tra proteine trasportate e proteine canale e molte altre. Spero che ti sarà informativo.
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Ciao, sono Piyali Das e sto conseguendo la mia specializzazione in zoologia presso l'Università di Calcutta. Sono molto appassionato della scrittura di articoli accademici. Il mio obiettivo è spiegare cose complesse in modo semplice attraverso i miei scritti per i lettori.