结构生物化学/膜蛋白/反向转运蛋白
反向转运蛋白是一种参与二级主动转运的整合蛋白,它将一个分子沿浓度梯度移动的能量耦合到另一个分子逆浓度梯度移动的能量。反向转运蛋白同时以相反方向转运两个分子。
反向转运蛋白,也称为交换体和逆向转运蛋白,是一种整合膜蛋白,参与两种或多种不同底物(分子或离子)的二级主动转运。这些底物被泵入跨膜的相反方向。它是一种通道,可以同时或依次地将不同类型的底物跨过磷脂膜(一个进入细胞,另一个离开细胞)。
在二级主动转运中,溶质种类沿着其电化学梯度移动,这使得其他不同种类可以逆其自身电化学梯度移动。二级主动转运主要有两种形式,反向转运蛋白和协同转运蛋白。
ATP-ADP 转运蛋白
ATP-ADP 转运蛋白是一种反向转运蛋白,它协助氧化磷酸化,这是真核细胞中细胞呼吸的关键组成部分。这种特定的转运蛋白位于线粒体内膜中,它允许 ATP 和 ADP 跨过膜,因为 ATP 和 ADP 本身不能通过线粒体内膜扩散。ATP-ADP 转运蛋白的含量很高,约占线粒体内膜蛋白质含量的 15%。ATP-ADP 转运蛋白含量高可归因于智人交换 ATP 的量非常大。此外,ATP 和 ADP 的流动是耦合的,即只有当 ATP 离开时,ADP 才能进入线粒体基质(反之亦然)。这意味着转运蛋白催化 ADP 和 ATP 分别从基质进入和离开基质的耦合过程。这个过程可以用下面的方程式表示
ADP3-胞质 + ATP4-基质 → ADP3-基质 + ATP4-胞质
ATP-ADP 转运蛋白的大小约为 30 千道尔顿,有一个单一的核苷酸结合位点,该位点朝向膜的基质侧和胞质侧。ATP 和 ADP 可以无需 Mg2+ 的帮助而与转运蛋白结合,并且由于 ATP 比 ADP 多一个负电荷(见上式),因此在积极呼吸的线粒体中具有正膜电位的情况下,ATP 从线粒体基质中转运出来以及 ADP 从胞质中转运进入基质是有利的。一旦 ADP 从胞质中结合,转运蛋白就会有利于转化为将转运蛋白倒置以将 ADP 释放到基质中的构象。随后从基质中结合的 ATP 到倒置的构象有利于将转运蛋白倒置回原始构象,其中 ATP 被释放到胞质中(见下图)。然而,ATP-ADP 交换仍然是吸热的,需要消耗呼吸电子转移产生的能量的约 25% 来恢复膜电位。
对 ATP-ADP 转运蛋白的初级结构(氨基酸序列)分析表明,该蛋白由三个长度为 100 个氨基酸的重复序列组成,每个序列具有两个跨膜片段。这三个重复序列的结构已经从该转运蛋白的三维结构中确定。这三个跨膜螺旋形成一个锥形结构,它们聚合在一起形成位于锥形结构中心的核苷酸结合位点。