Los cotransportadores son una subcategoría de proteínas transportadoras 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 transporte acoplado o cotransporte (transporte activo secundario) e incluyen antiportadores y simportadores . En general, los cotransportadores constan de dos de las tres clases de proteínas integrales de membrana conocidas como transportadores que mueven moléculas e iones a través de las biomembranas. Los uniportadores también son transportadores, pero mueven solo un tipo de molécula a lo largo de su gradiente de concentración y no se clasifican como cotransportadores. [1]
Los cotransportadores son capaces de mover solutos hacia arriba o hacia abajo en gradientes a velocidades de 1.000 a 100.000 moléculas por segundo. Pueden actuar como canales o transportadores, dependiendo de las condiciones en las que se ensayen. El movimiento se produce uniéndose a dos moléculas o iones a la vez y utilizando 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 HKT1 del trigo muestra dos modos de transporte por parte de la misma proteína. [2]
Los cotransportadores se pueden clasificar en antiportadores y simportadores . Ambos utilizan potencial eléctrico y/o gradientes químicos para mover protones e iones contra 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 adentro de ciertos iones mediante transportadores simultáneos. Un gradiente de protones mueve los iones hacia la vacuola mediante el antiportador de protón-sodio o el antiportador de protón-calcio. En las plantas, el transporte de sacarosa se distribuye por toda la planta mediante la bomba de protones donde la bomba, como se analizó anteriormente, 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 nuevamente 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 de sodio, que utilizan energía en este proceso. En este caso, dado que tanto la glucosa como el sodio se transportan en la misma dirección a través de la membrana, se clasificarían como transportadores simultáneos. El Dr. Robert K. Crane planteó por primera vez la hipótesis del sistema transportador de glucosa en 1960; esto se analiza más adelante en el artículo. [2] [3]
El Dr. Robert K. Crane , graduado de Harvard, llevaba bastante tiempo trabajando en el campo de la bioquímica de los carbohidratos. Su experiencia en las áreas de bioquímica de glucosa-6-fosfato , fijación de dióxido de carbono, hexoquinasa y estudios de fosfato lo llevaron a plantear la hipótesis del cotransporte de glucosa junto con sodio a través del intestino. En la foto de la derecha aparece el Dr. Crane y su dibujo del sistema cotransportador que propuso en 1960, en el encuentro internacional sobre transporte y metabolismo por membranas. Sus estudios fueron confirmados por otros grupos y ahora se utilizan como modelo clásico para comprender los cotransportadores. [4]
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(s) 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 transportadores simultáneos) expuestos a un lado de la membrana. Al unirse tanto la molécula que se va a transportar cuesta arriba como 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 se produzca el cambio conformacional. Este mecanismo fue introducido por primera vez por Oleg Jardetzky en 1966. [6] Este ciclo de cambios conformacionales sólo transporta un ion sustrato a la vez, lo que resulta en una velocidad de transporte bastante lenta (10 0 a 10 4 iones o moléculas por segundo) en comparación con a otras proteínas de transporte como los canales iónicos . [1] La velocidad a la que ocurre este ciclo de cambios conformacionales se llama tasa de recambio (TOR) y se expresa como el número promedio de ciclos completos por segundo realizados por una sola molécula cotransportadora. [5]
Los antiportadores utilizan el mecanismo de cotransporte (acoplar el movimiento de un ion o molécula a favor de su gradiente de concentración con el transporte de otro ion o molécula ascendente en 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 exoplásmico al espacio citoplasmático mientras que el otro ion se moverá del espacio citoplasmático al espacio exoplásmico. Un ejemplo de antiportador es el intercambiador de sodio-calcio . El intercambiador de sodio-calcio funciona para eliminar el exceso de calcio del espacio citoplasmático al espacio exoplásmico en contra de su gradiente de concentración acoplando su transporte con el transporte de sodio desde el espacio exoplásmico a favor de su gradiente de concentración (establecido por el transporte activo de sodio fuera del espacio exoplásmico). célula mediante la bomba de sodio-potasio ) hacia el espacio citoplasmático. El intercambiador de sodio-calcio intercambia 3 iones de sodio por 1 ión 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 los 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]
A diferencia de los antiportadores, los simportadores mueven iones o moléculas en la misma dirección. [1] En este caso, ambos iones transportados se moverán desde el espacio exoplásmico al espacio citoplasmático o desde el espacio citoplasmático al espacio exoplásmico. Un ejemplo de transportador simultáneo es el transportador unido a sodio-glucosa o SGLT. El SGLT funciona para acoplar el transporte de sodio en el espacio exoplásmico a lo largo de su gradiente de concentración (nuevamente, establecido por el transporte activo de sodio fuera de la célula mediante la bomba de sodio-potasio ) hacia el espacio citoplasmático con el transporte de glucosa en el espacio exoplásmico. espacio contra su gradiente de concentración hacia el espacio citoplasmático. El SGLT acopla el movimiento de 1 ion de glucosa con el movimiento de 2 iones de sodio. [9] [10]
Cotransportador Na + /glucosa (SGLT1) : también se conoce como cotransportador 1 de sodio-glucosa y está codificado por el gen SLC5A1. SGLT1 es un transportador electrogénico ya que el gradiente electroquímico de sodio impulsa la glucosa hacia 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 pertenecen a 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. El NaPi acoplado con 3 iones Na + y 1 Pi divalente, se clasifican como NaPi IIa y NaPi IIb. El NaPi que se acopla con 2 Na + y 1 Pi divalente se clasifica como NaPi IIc. [11] [13]
Simportador Na + /I − (NIS) : el yoduro de sodio es un tipo de simportador que se encarga de transferir el yoduro en la glándula tiroides. El 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 enfermedades de la tiroides, incluido el tratamiento muy exitoso del cáncer de tiroides con yodo radiactivo después de la tiroidectomía. [11] [14]
Simportador Na-K-2Cl : este cotransportador específico regula el volumen de la celda controlando el contenido de agua y electrolitos dentro de la celda. [15] El cotransportador Na-K-2Cl es vital en la secreción de sal en las células epiteliales secretoras 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 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 absorberse en la sangre. [17]
Transportador 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 los transportadores GABA. [18] Los transportadores son electrogénicos y acoplan 2 Na + , 1 Cl - y 1 GABA para su translocación hacia adentro. [11] [19]
K + Cl − Symporter : la familia de cotransportadores K + -Cl − consta de cuatro symporters 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 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 emparejándose y KCC2 y KCC4 convirtiéndose en un par para facilitar el movimiento de iones. [20]
Tabla 1: Lista de enfermedades relacionadas con los transportadores. [21]