Cotransportador

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Los cotransportadores son una subcategoría de proteínas de transporte de membrana (transportadores) que acoplan el movimiento favorable de una molécula con su gradiente de concentración y el movimiento desfavorable de otra molécula contra su gradiente de concentración. Permiten el cotransporte (transporte activo secundario) e incluyen antiportadores y simportadores. En general, los cotransportadores consisten en dos de las tres clases de proteínas integrales de membrana conocidas como transportadores que mueven las moléculas y los iones a través de biomembranas. Los uniportadores también son transportadores, pero mueven solo un tipo de molécula a favor de su gradiente de concentración y no se clasifican como cotransportadores.[1]​

Diferencia básica entre los cotransportadores conocidos como antiportadores y simportadores, y el transportador uniportador.

Características[editar]

Los cotransportadores son capaces de mover solutos hacia arriba o hacia abajo en gradientes a velocidades de 1000 a 100 000 moléculas por segundo. Pueden actuar como canales o transportadores, según las condiciones en las que se analicen. El movimiento ocurre al unirse a dos moléculas o iones a la vez y usar el gradiente de concentración de un soluto para forzar a la otra molécula o ion contra su gradiente. Algunos estudios muestran que los cotransportadores pueden funcionar como canales iónicos, contradiciendo los modelos clásicos. Por ejemplo, el transportador de trigo HKT1 muestra dos modos de transporte por la misma proteína.[2]​

Los cotransportadores se pueden clasificar en antiportadores y simportadores. Ambos usan potencial eléctrico y/o gradientes químicos para mover protones y iones en contra de su gradiente de concentración. En las plantas, el protón se considera una sustancia secundaria y la alta concentración de protones en el apoplasto impulsa el movimiento hacia el interior de ciertos iones mediante simportadores. Un gradiente de protones mueve los iones hacia la vacuola mediante un antiportador protón-sodio o el antiportador protón-calcio. En las plantas, el transporte de sacarosa se distribuye por toda la planta mediante la bomba de protones, donde la bomba crea un gradiente de protones, de modo que hay muchos más en un lado de la membrana que en el otro. A medida que los protones se difunden de regreso a través de la membrana, la energía libre liberada por esta difusión se utiliza para cotransportar sacarosa. En los mamíferos, la glucosa se transporta a través de transportadores de glucosa dependientes del sodio, que emplean energía en este proceso. Aquí, dado que tanto la glucosa como el sodio se transportan en la misma dirección a través de la membrana, se clasificarían como simportadores.[2]​[3]​

Historia[editar]

Robert K. Crane y su boceto del cotransporte acoplado en la reunión internacional sobre transporte y metabolismo de membranas. (1960).

El sistema transportador de glucosa fue planteado por primera vez por Robert K. Crane en 1960. Su experiencia en las áreas de bioquímica de glucosa-6-fosfato, fijación de dióxido de carbono, estudios de hexocinasa y fosfato lo llevaron a plantear la hipótesis del cotransporte de glucosa junto con sodio a través del intestino. Sus estudios fueron confirmados por otros grupos y ahora se utilizan como modelo clásico para comprender los cotransportadores.[4]​

Mecanismo[editar]

Tanto los antiportadores como los simportadores transportan dos o más tipos diferentes de moléculas al mismo tiempo en un movimiento acoplado. Un movimiento energéticamente desfavorable de una molécula se combina con un movimiento energéticamente favorable de otra(s) molécula(s) o ion(es) para proporcionar la potencia necesaria para el transporte. Este tipo de transporte se conoce como transporte activo secundario y está impulsado por la energía derivada del gradiente de concentración de los iones/moléculas a través de la membrana en la que está integrada la proteína cotransportadora.[1]​

Los cotransportadores experimentan un ciclo de cambios conformacionales al vincular el movimiento de un ion con su gradiente de concentración (movimiento cuesta abajo) con el movimiento de un soluto cotransportado contra su gradiente de concentración (movimiento cuesta arriba).[5]​ En una conformación, la proteína tendrá el sitio de unión (o sitios en el caso de los simportadores) expuesto a un lado de la membrana. Tras la unión tanto de la molécula que se va a transportar cuesta arriba como de la molécula que se va a transportar cuesta abajo, se producirá un cambio conformacional. Este cambio conformacional expondrá los sustratos unidos al lado opuesto de la membrana, donde los sustratos se disociarán. Tanto la molécula como el catión deben estar unidos para que ocurra el cambio conformacional. Este mecanismo fue introducido por primera vez por Oleg Jardetzky en 1966.[6]​ Este ciclo de cambios conformacionales solo transporta un ion de sustrato a la vez, lo que da como resultado una velocidad de transporte bastante lenta (100 a 104 iones o moléculas por segundo) en comparación con otras proteínas de transporte como los canales iónicos.[1]​ La velocidad a la que ocurre este ciclo de cambios conformacionales se denomina tasa de rotación (TOR) y se expresa como el número promedio de ciclos completos por segundo realizados por una sola molécula cotransportadora.[5]​

Tipos[editar]

antiportador
simportador

Antiportadores[editar]

Los antiportadores usan el mecanismo de cotransporte (acoplar el movimiento de un ion o molécula hacia abajo de su gradiente de concentración con el transporte de otro ion o molécula hacia arriba de su gradiente de concentración), para mover los iones y la molécula en direcciones opuestas.[1]​ En esta situación, uno de los iones se moverá del espacio exoplasmático al espacio citoplasmático mientras que el otro ion se moverá del espacio citoplasmático al espacio exoplasmático. Un ejemplo de un antiportador es el intercambiador de sodio-calcio. El intercambiador de sodio-calcio funciona para eliminar el exceso de calcio del espacio citoplasmático hacia el espacio exoplasmático en contra de su gradiente de concentración al acoplar su transporte con el transporte de sodio desde el espacio exoplasmático a favor de su gradiente de concentración (establecido por el transporte activo de sodio fuera de la célula por la bomba de sodio-potasio) en el espacio citoplasmático. El intercambiador de sodio-calcio intercambia 3 iones de sodio por 1 ion de calcio y representa un antiportador de cationes.[7]​

Las células también contienen antiportadores de aniones como la proteína transportadora de aniones Band 3 (o AE1). Este cotransportador es una proteína integral importante en los eritrocitos de mamíferos y mueve el ion cloruro y el ion bicarbonato en una proporción de uno a uno a través de la membrana plasmática, basándose únicamente en el gradiente de concentración de los dos iones. El antiportador AE1 es esencial en la eliminación de los desechos de dióxido de carbono que se convierten en bicarbonato dentro del eritrocito.[8]​

Simportadores[editar]

A diferencia de los antiportadores, los simportadores mueven iones o moléculas en la misma dirección.[1]​ En este caso, ambos iones que se transportan se moverán desde el espacio exoplasmático al espacio citoplasmático o desde el espacio citoplasmático al espacio exoplasmático. Un ejemplo de un simportador es el transportador ligado a sodio-glucosa o SGLT. El SGLT funciona para acoplar el transporte de sodio en el espacio exoplasmático a favor de su gradiente de concentración (nuevamente, establecido por el transporte activo de sodio fuera de la célula por la bomba sodio-potasio) al espacio citoplasmático al transporte de glucosa en el espacio exoplasmático. espacio contra su gradiente de concentración en el espacio citoplasmático. El SGLT acopla el movimiento de 1 ion de glucosa con el movimiento de 2 iones de sodio.[9]​[10]​

Ejemplos de cotransportadores[editar]

Cotransportador Na+/glucosa (SGLT1): también conocido como cotransportador de sodio-glucosa 1 y está codificado por el gen SLC5A1. SGLT1 es un transportador electrogénico, ya que el gradiente electroquímico de sodio impulsa la glucosa cuesta arriba hacia el interior de las células. SGLT1 es un cotransportador de Na+/glucosa de alta afinidad que tiene un papel importante en la transferencia de azúcar a través de las células epiteliales de los túbulos proximales renales y del intestino, en particular el intestino delgado.[11]​[12]​

Cotransportador Na+/fosfato (NaPi): los cotransportadores de sodio-fosfato son de las familias de proteínas SLC34 y SLC20. También se encuentran a través de las células epiteliales del túbulo proximal renal y del intestino delgado. Transfiere fosfato inorgánico a las células mediante transporte activo con la ayuda de un gradiente de Na+. Al igual que SGTL1, se clasifican como transportadores electrogénicos. Los NaPi acoplados a 3 iones Na+ y 1 Pi divalente, se clasifican como NaPi IIa y NaPi IIb. Los NaPi que se acoplan con 2 Na+ y 1 Pi divalente se clasifican como NaPi IIc.[11]​[13]​

Simportador Na+/I−(NIS): el yoduro de sodio es un tipo de simportador responsable de transferir el yoduro a la glándula tiroides. NIS se encuentra principalmente en las células de la glándula tiroides y también en las glándulas mamarias. Están ubicados en la membrana basolateral de las células foliculares de la tiroides donde se acoplan 2 iones Na + y 1 ion I- para transferir el yoduro. La actividad de NIS ayuda en el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad de la tiroides, incluido el tratamiento altamente exitoso del cáncer de tiroides con yoduro radiactivo después de la tiroidectomía.[11]​[14]​

Simportador Na-K-2Cl: este cotransportador específico regula el volumen celular al controlar el contenido de agua y electrolitos dentro de la célula.[15]​ El cotransportador Na-K-2Cl es vital en la secreción de sal en las células del epitelio secretor junto con la reabsorción renal de sal.[16]​ Existen dos variaciones del simportador Na-K-2Cl y se conocen como NKCC1 y NKCC2. La proteína de cotransporte NKCC1 se encuentra en todo el cuerpo, pero la NKCC2 se encuentra solo en el riñón y elimina el sodio, el potasio y el cloruro que se encuentran en la orina del cuerpo para que pueda ser absorbido por la sangre.[17]​

Transportador de GABA (GAT): neurotransmisor Los transportadores de ácido γ-aminobutírico (GABA) son miembros de la familia de transportadores de solutos 6 (SLC6) de transportadores de receptores de neurotransmisores dependientes de sodio y cloruro que se encuentran en la membrana plasmática y regulan la concentración de GABA en la hendidura sináptica. El gen SLC6A1 codifica transportadores GABA.[18]​ Los transportadores son electrogénicos y acoplan 2 Na+, 1 Cl− y 1 GABA para la translocación hacia el interior.[11]​[19]​

Simportador K+Cl−: la familia de cotransportadores K+ -Cl− consta de cuatro simportadores específicos conocidos como KCC1, KCC2, KCC3 y KCC4. La isoforma KCC2 es específica del tejido neuronal y las otras tres se pueden encontrar en varios tejidos de todo el cuerpo. Esta familia de cotransportadores controla los niveles de concentración de potasio y cloruro dentro de las células mediante el movimiento combinado de los intercambiadores K+/H+ y Cl−/HCO3− o mediante el movimiento combinado de ambos iones debido a canales activados por concentración. Las cuatro proteínas KCC conocidas se unen para formar dos subfamilias separadas con KCC1 y KCC3 apareándose y KCC2 y KCC4 convirtiéndose en un par para facilitar el movimiento de iones.[20]​

Enfermedades asociadas[editar]

Lista de enfermedades relacionadas con los transportadores.[21]​

Transportadores Enfermedades relevantes
4F2HC, SLC3A2 Intolerancia a la proteína lisinúrica
ABC-1, ABC1 Enfermedad de Tangier
ABC7, hABC7 Anemia sideroblástica ligada al cromosoma X
ABCR Enfermedad de Stargardt, Fundus flavimaculatus
AE1, SLC4A1 Eliptocitosis hereditaria, ovalocitosis, Anemia hemolítica, esferocitosis, acidosis tubular renal
AE2, SLC4A2 Diarrea congénita por cloruro
AE3, SLC4A3 congenital chloroidorrhea
ALDR Adrenoleucodistrofia
ANK anquilosis (calcificación); artritis acompañado de depósito de minerales, formación de crecimientos óseos y destrucción articular
Aralar-like, SLC25A13 Citrulinemia de inicio en adultos
ATBo, SLC1A5, hATBo, ASCT2, AAAT Neurodegeneración
BCMP1, UCP4, SLC25A14 HHH
CFTR Fibrosis quística
CTR-1, SLC31A1 Enfermedad de Menkes/Wilsons
CTR-2, SLC31A2 Enfermedad de Menkes/Wilsons, hipofosfatemia ligada al cromosoma X
DTD, SLC26A2 condrodisplasias/displasia diastrófica
EAAT1, SLC1A3, GLAST1 Neurodegeneración, esclerosis lateral amiotrófica
EAAT2, SLC1A2, GLT-1 Neurodegeneración, aminoaciduria dicarboxílica
EAAT3, SLC1A1, EAAC1 Neurodegeneración
EAAT4, SLC1A6 Neurodegeneración
EAAT5, SLC1A7 Neurodegeneración
FIC1 colestasis intrahepática familiar progresiva
FOLT, SLC19A1, RFC1 Malabsorción de folato/anemia megaloblástica
GLUT1, SLC2A1 glucosa baja en el SNC que causa convulsiones, síndrome de Fanconi-Bickel, enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo Id, diabetes mellitus no dependiente de insulina, defecto en el transporte de glucosa a través de la barrera hematoencefálica
GLUT2, SLC2A2 glucosa baja en el SNC que causa convulsiones, síndrome de Fanconi-Bickel, enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo Id, diabetes mellitus no dependiente de insulina (NIDDM)
GLUT3, SLC2A3 glucosa baja en el SNC que causa convulsiones, síndrome de Fanconi-Bickel, enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo Id, diabetes mellitus no dependiente de insulina (NIDDM)
GLUT4, SLC2A4 glucosa baja en el SNC que causa convulsiones, síndrome de Fanconi-Bickel, enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo Id, diabetes mellitus no dependiente de insulina (NIDDM)
GLUT5, SLC2A5 Isolated fructose malabsorción
HET anemia, hemocromatosis genética
HTT, SLC6A4 rasgos relacionados con la ansiedad
LAT-2, SLC7A6 intolerancia a la proteína lisinúrica
LAT-3, SLC7A7 intolerancia a la proteína lisinúrica
MDR1 cánceres humanos
MDR2, MDR3 colestasis intrahepática familiar
MRP1 cánceres humanos
NBC Síndrome de Down
NBC1, SLC4A4 acidosis renal tubular
NBC3, SLC4A7 hipotiroidismo congénito
NCCT, SLC12A3, TSC Síndrome de Gitelman
NHE2, SLC9A2 Enfermedad de inclusión de microvellosidades
NHE3, SLC9A3/3P Enfermedad de inclusión de microvellosidades
NIS, SLC5A5 hipotiroidismo congénito
NKCC1, SLC12A2 Síndrome de Gitelman
NKCC2, SLC12A1 Síndrome de Bartter
NORTR Síndrome de DiGeorge, síndrome velocardiofacial
NRAMP2, DCT1, SLC11A2, Trastorno por déficit de atención con hiperactividad
NTCP2, ISBT, SLC10A2 malabsorción primaria de ácidos biliares (PBAM)
OCTN2, SLC22A5 deficiencia sistémica de carnitina (cardiomiopatía progresiva, miopatía esquelética, hipoglucemia, hiperamonemia, sudden infant death syndrome)
ORNT1, SLC25A15 HHH
PMP34, SLC25A17 Enfermedad de Graves-Basedow
rBAT, SLC3A1, D2 cistinuria
SATT, SLC1A4, ASCT1 Neurodegeneración
SBC2 hipocitraturia
SERT varios desórdenes mentales
SGLT1, SLC5A1 glucosuria renal/malabsorción de glucosa-galactosa
SGLT2, SLC5A2 glucosuria renal
SMVT, SLC5A6 rasgos relacionados con la ansiedad, depresión
TAP1 psoriasis juvenil
y+L Type I cystinuria

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. ↑ a b c d e Lodish, Harvey; Berk, A.; Amon, A.; Bretscher, A.; Kaiser, C.; Kriefer, M. (2013). Molecular cell biology (7th edición). New York: W.H. Freeman and Co. ISBN 978-1-4292-3413-9. 
  2. ↑ a b Chrispeels, Maarten J.; Nigel M. Crawford; Julian I. Schroeder (April 1999). «Proteins for Transport of Water and Mineral Nutrients across the Membranes of Plant Cells». The Plant Cell 11 (4): 661-675. PMC 144211. PMID 10213785. doi:10.1105/tpc.11.4.661. 
  3. ↑ Zhao, Feng-Qi; Aileen F. Keating (2007). «Functional Properties and Genomics of Glucose Transporters». Current Genomics 8 (2): 113-128. PMC 2435356. PMID 18660845. doi:10.2174/138920207780368187. 
  4. ↑ Hamilton, Kirk L. (March 2013). «Robert K. Crane—Na+-glucose cotransporter to cure?». Frontiers in Physiology 4 (53): 53. PMC 3605518. PMID 23525627. doi:10.3389/fphys.2013.00053. 
  5. ↑ a b Longpré, JP; Lapointe, JY (Jan 5, 2011). «Determination of the Na+/glucose cotransporter (SGLT1) turnover rate using the ion-trap technique». Biophysical Journal 100 (1): 52-9. Bibcode:2011BpJ...100...52L. PMC 3010014. PMID 21190656. doi:10.1016/j.bpj.2010.11.012. 
  6. ↑ Jardetzky, O (Aug 27, 1966). «Simple allosteric model for membrane pumps». Nature 211 (5052): 969-70. Bibcode:1966Natur.211..969J. PMID 5968307. doi:10.1038/211969a0. 
  7. ↑ Blaustein, MP; Lederer, WJ (July 1999). «Sodium/calcium exchange: its physiological implications.». Physiological Reviews 79 (3): 763-854. PMID 10390518. doi:10.1152/physrev.1999.79.3.763. 
  8. ↑ Lodish, Harvey (2000). Molecular cell biology (4. ed., 1. print. edición). New York: Freeman. ISBN 978-0716737063. 
  9. ↑ Wright, Ernest; Eric Turk (February 2004). «The sodium/glucose cotransport family SLC5». Pflügers Archiv: European Journal of Physiology 447 (5): 510-518. PMID 12748858. doi:10.1007/s00424-003-1063-6. 
  10. ↑ Chen, Xing-Zhen; Coady, Michael J.; Jackson, Francis; Berteloot, Alfred; Lapointe, Jean-Yves (December 1995). «Thermodynamic Determination of the Na+: Glucose Coupling Ratio for the Human SGLT1 Cotransporter». Biophysical Journal 69 (6): 2405-2414. Bibcode:1995BpJ....69.2405C. PMC 1236478. PMID 8599647. doi:10.1016/s0006-3495(95)80110-4. 
  11. ↑ a b c d Physiologyweb. «Secondary Active Transport». Physiologyweb. Consultado el 4 de diciembre de 2013. 
  12. ↑ Wright, Ernest M.; Donald D. F. Loo; Bruce A. Hirayama; Eric Turk (December 2004). «Surprising Versatility of Na+-Glucose Cotransporters: SLC5». Physiology 19 (6): 370-376. PMID 15546855. doi:10.1152/physiol.00026.2004. 
  13. ↑ Biber, Jürg; Nati Hernando; Ian Forster (2013). «Phosphate Transporters and Their Function». Annual Review of Physiology 75 (1): 535-550. PMID 23398154. doi:10.1146/annurev-physiol-030212-183748. 
  14. ↑ Paroder-Belenitsky, Monika; Maestas, Matthew J.; Dohán, Orsolya; Nicola, Juan Pablo; Reyna-Neyra, Andrea; Follenzi, Antonia; Dadachova, Ekaterina; Eskandari, Sepehr et al. (November 2011). «Mechanism of anion selectivity and stoichiometry of the Na+/I− symporter (NIS)». PNAS 108 (44): 17933-17938. Bibcode:2011PNAS..10817933P. PMC 3207644. PMID 22011571. doi:10.1073/pnas.1108278108. 
  15. ↑ Lionetto, MG; Schettino, T (May–Jun 2006). «The Na+-K+-2Cl− cotransporter and the osmotic stress response in a model salt transport epithelium». Acta Physiologica 187 (1–2): 115-24. PMID 16734748. doi:10.1111/j.1748-1716.2006.01536.x. 
  16. ↑ Haas, M (October 1994). «The Na-K-Cl cotransporters.». The American Journal of Physiology 267 (4 Pt 1): C869-85. PMID 7943281. doi:10.1152/ajpcell.1994.267.4.C869. 
  17. ↑ Hebert, SC; Mount, DB; Gamba, G (February 2004). «Molecular physiology of cation-coupled Cl− cotransport: the SLC12 family.». Pflügers Archiv: European Journal of Physiology 447 (5): 580-93. PMID 12739168. doi:10.1007/s00424-003-1066-3. 
  18. ↑ OMIM Entry. «137165 - SOLUTE CARRIER FAMILY 6 (NEUROTRANSMITTER TRANSPORTER, GABA), MEMBER 1; SLC6A1». Johns Hopkins University. Consultado el 8 de diciembre de 2013. 
  19. ↑ GeneCads. «SLC6A11 Gene». Weizmann Institute of Science. Consultado el 8 de diciembre de 2013. 
  20. ↑ Mercado, A; Song, L; Vazquez, N; Mount, DB; Gamba, G (29 de septiembre de 2000). «Functional comparison of the K+-Cl− cotransporters KCC1 and KCC4.». The Journal of Biological Chemistry 275 (39): 30326-34. PMID 10913127. doi:10.1074/jbc.M003112200. 
  21. ↑ «Membrane Transporter-Related Diseases « Membrane Transporter Database for Personalized Medicine». pharmtao.com. Archivado desde el original el 9 de octubre de 2018. Consultado el 16 de mayo de 2023. 
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