ĐẠi cưƠng về MÀng tế BÀO ĐỘng vật nhân thực giới thiệu về màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipid, protein và các carbohydrate bán rắn. Màng sinh học có cấu trúc khảm động, luôn thay đổi thành phần cấu tạo trong suốt cuộc đời của tế bào, bao quanh tế bào và có vai trò điều hoà các hoạt động của tế bào. Các màng bên ngoài tế bào tạo nên màng bào tương còn các màng bên trong tế bào tạo nên các màng trong của các bào quan đặc biệt như nhân và ti thể

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipids, protein và carbohydrates.

Carbohydrates liên kết với lipid tạoglycolipid và liên kết với protein tạo nên glycoprotein. Các loại tế bào khác nhau có thành phần protein và lipid khác nhau. Protein chiếm từ 20% đến 70% khối lượng màng.

Hình: Cấu trúc lớp lipid kép và tính chất khảm động

Có 3 loại lipid màng chính là: glycerophospholipids, sphingolipids, và cholesterol. Các loại lipid này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần lipids, tổng hợp lipid, sphingolipid và cholesterol. Sphingolipids và glycerolphospholipid chiếm phần lớn khối lượng lipid màng. Các phân tử của 2 loại lipid này với đặc điểm cấu trúc một đầu phân cực (đầu ưa nước) và một đầu không phân cực (đầu kị nước) tạo thành một lớp lipid kép (lipid bilayer) với 2 đầu kị nước quay vào nhau (xem hình dưới) . Lớp lipid kép này có thể khuếch tán bên (lateral diffusion - các phân tử của lớp có thể di chuyển dễ dàng giữa 2 lớp và thay đổi chỗ cho nhau) cũng như có thể khuếch tán ngang (transvere diffusion, flip-flop - các phân tử lipid khuếch tán từ mặt này sang mặt khác của màng). Tuy nhiên các phân tử muốn qua màng theo kiểu flip-flop này cần tạo nên cấu trúc có các đầu phân cực bao bên ngoài để qua lõi hydrocacbon của lớp kép lipid nên việc vận chuyển chất theo kiểu này là rất khó nếu không có enzyme flipase hỗ trợ quá trình này.

Hình: Cấu trúc điển hình của một phosphate

Màng sinh học cũng chứa protein, glycoprotein và lipoprotein. Có 2 dạng protein thường gặp trên màng là: protein xuyên màng (integral protein) và protein ngoại vi (peripheral protein). Các protein xuyên màng hay còn gọi là protein nội màng (intrinsic protein) bám chặt vào màng và nằm trong lớp lipid kép nhờ vào các liên kết kị nước còn protein ngoại vi còn được gọi là protein ngoại màng (extrinsic protein) liên kết với màng bằng các liên kết lỏng lẻo với các đầu phân cực (mặt trong hay mặt ngoài của lớp lipid kép) hay với protein xuyên màng. Các protein ngoại vi thường nằm ở mặt bào tưởng của màng sinh học hay mặt trong của các màng bào quan.

Bảng: CTHH một số acid béo không no

Các protein liên kết màng sinh học được gọi là lipoprotein, phần lipid của lipoprotein giúp phân tử protein này bám vào màng sinh học bằng liên kết trực tiếp với lớp lipid kép hay gián tiếp thông qua protein xuyên màng. Phần lipid này là các isoprenoid như farnesyl và geranyl - các acid béo như myristic, acid palimitic, glycoslphosphatidylinositol, GPI (còn được gọi là glipiated protein).

Hình: Màng bào tương là vị trí thích hợp của nhiều protein bề mặt: Thụ thể, kênh ion, transporter và phân tử kết dính.

Protein và lipid phân bố trên màng không giống nhau. Ví dụ: mặt ngoài của lớp lipid kép có nhiều phosphotidylethanolamine còn mặt trong thì nhiều phosphatidyl choline. Các carbohydrate bám vào lipid hay protein được tìm thấy nhiều nhất ở mặt ngoài của màng. Sự phân bố không giống nhau giữa protein và lipid đã tạo ra các tiểu vùng (sub-domain) chuyên biệt cao trong màng và các cấu trúc có màng chuyên biệt cao (như lưới nội bào tương (ER), bộ máy golgi và các túi tiết). Các túi tiết tổng hợp các yếu tố tế bào trong ER rồi sau đó được đưa đến bộ máy Golgi và cuối cùng đến màng sinh học để hoạt hóa các protein xuyên màng như thụ thể của yếu tố tăng trưởng (growth factor receptor). Trong quá trình vận chuyển từ nang đến màng sinh học các protein tiết này đã trải qua nhiều sự biến đổi trong đó có cả hiện tượng glycosyl hóa.

Hình: Cấu trúc bất đối xứng của lớp phospholipid màng

Các túi tiết được bộ máy golgi xuất ra được gọi là túi tiết trưởng thành (coated vesicle). Màng của các nang này được tạo bởi các protein giá đỡ chuyên biệt có khả năng tương tác với môi trường ngoại bào. Dựa vào protein tạo thành lớp bao của túi tiết, người ta phân các túi tiết này thành 3 loại chính: (1) túi clathrin (Clathrin-coated vesicle) bao gồm protein gian màng, GPI-linked protein và protein tiết để đưa đến màng sinh học. Các túi tiết này còn tồn tại trong quá trình nhập bào (như trong quá trình hấp thu LDL bào tương của gan thông qua thụ thể của LDL); (2) COPI (COP = coat protein) tạo nên bề mặt cho các túi vận chuyển giữa các khoang của bộ máy golgi. (3) COPII tạo nên bề mặt các túi tiết được chuyển tử ER sang bộ máy golgi.

Cấu tạo bề mặt màng của mỗi tế bào phụ thuộc vào các tế bào lân cận mà nó tiếp xúc. Bề mặt màng của tế bào tương tác với các thành phần ống còn được gọi là mặt đỉnh (apical surface), mặt còn lại được gọi là mặt đáy bên (basolateral surface). Hai bề mặt này có thành phần lipid và protein cấu tạo tương đối khác nhau.

Hình: Mô tả mặt đỉnh và mặt đáy bên của màng tế bào.

Hầu hết các tế bào nhân thực đều tiếp xúc với các tế bào kế cận và đây là cơ sở để tạo nên các hệ cơ quan. Các tế bào nằm kế cận nhau trao đổi chất với nhau thông qua các liên kết khe (gap junction). Liên kết khe là các kênh liên tế bào và được cấu tạo từ các connexin có nhiệm vụ chính là dinh dưỡng cho các tế bào của cơ quan không tiếp xúc trực tiếp với dòng máu.

Bảng: Phân bố tỉ lệ các loại lipid màng của một số loại tế bào và bào quan

Khả năng vận chuyển các phân tử của một chất qua màng sinh học có giới hạn do sự tồn tại của các kênh (channel) và các kênh vận chuyển (transpoter) chuyên biệt, đặc biệt là đối với các ion, nước và các phân tử ưa nước. Một số chất có thể khuếch tán qua màng sinh học mà không cần thông qua các kênh hay transpoter này.

Lượng O₂, CO₂, NO, CO có thể khuếch tán qua màng phụ thuộc vào gradient nồng độ của chúng, còn sự khuếch tán các phân tử kị nước qua màng phụ thuộc vào khả năng hòa tan các hợp chất đó trong màng. Mặc dù nước có thể khuếch tán qua màng sinh học nhưng cơ thể cần phải có các aquaporin để có thể thiết lập sự cân bằng nhanh chóng giữ 2 quá trình xuất và nhập nước của tế bào để duy trì trạng thái sinh lí cơ thể ổn định.

Hình: Các phân tử kết dính

Hình: Một số chức năng của tế bào thực hiện thông qua màng tế bào

Kênh là những cấu trúc protein hỗ trợ các phân tử hay ion đi qua màng sinh học thông qua sự tạo thành kênh nước trung tâm (central aqueous channel) trong protein. Kênh trung tâm này hỗ trợ sự khuếch tán theo 2 chiều phụ thuộc vào gradient nồng độ. Protein kênh không bám vào hay bao bọc xung quanh phân tử được vận chuyển qua màng. Các ion hay phân tử có kích thước hay tích điện khác nhau có các kênh khác nhau để vận chuyển chúng. Sự vận chuyển các chất qua màng được điều hòa bởi rất nhiều cơ chế thồng qua việc đóng mở lòng kênh.

Hình: Các kiểu vận chuyển ion qua các kênh và các transporter

Có 3 loại kênh màng:

Hình: Cấu trúc điển hình của một AQP

1. Kênh loại α (α-type channel): có cấu trúc homo-oligomer hay hetero-oligomer (khi có vài loại protein khác nhau trong kênh). Loại kênh này được tạo thành 2 đến 22 domain xoắn α gian màng (transmembrane α-helical domain). Con đường vận chuyển các chất thông qua kênh này phụ thuộc vào gradient nồng độ và xảy ra theo các cơ chế khác nhau như (1) thay đổi điện thế màng ở các kênh phụ thuộc điện thế (voltage-regulated channel hay voltage-gated channel); (2) phosphorylation protein kênh; (3) thông qua Ca2+ nội bào, (4) G-protein và (5) các phân tử điều biến hữu cơ. Có vài kênh loại này vận chuyển có chọn lọc các chất và các kênh vận chuyển cùng một phân tử ở các mô khác nhau cũng khác nhau (ví dụ: có hơn 15 kênh K+ chuyên phụ thuộc điện thế (K+-specific voltage-regulated channel) ở người). Aquaporin (AQP) là một loại kênh có chức năng trao đổi nước qua màng, có 11 kênh AQP được tìm thấy ở động vật có vú trong đó có 10 kênh ở người được đánh số từ 0-9. Aquaglycerporin là một họ liên quan với AQP có vai trò trong quá trình vận chuyển nước và các phân tử nhỏ. AQP9 là aquaglycerporin ở người. Các AQP liên kết với màng tạo nên cấu trúc homotetramer mà ở đó mỗi monomer đều gồm 6 domain xoắn α gian màng, tạo nên các kênh nước riêng biệt. AQP được tìm thấy nhiều nhất ở thận: ống lượn gần có AQP1, AQP7, AQP8; ống góp có AQP2, AQP3, AQP4, AQP6, AQP8. Nếu các AQP ở thận bị mất chức năng sẽ gây nên nhiều loại bệnh. Giảm AQP2 thường gặp trong đái tháo nhạt nguyên nhân do thận (nephrogenic diabetes insipidus - NDI), hạ kali máu mắc phải và tăng calci máu.

Hình: Mô tả hoạt động của kênh AQP-2 ở ống góp thận.

2. Kênh trụ β (β-barrel channels) hay còn gọi là porin: có cấu trúc trụ β gồm các domain gian màng được tạo thành bởi các chuỗi β. Các kênh này được tìm thấy ở trên màng ngoài của ti thể, có bản chất là một kênh phụ thuộc ion âm và tham gia quá trình cân bằng nội mô ở ti thể và apoptosis.

3. Pore-forming toxins: kênh này được tìm thấy đầu tiên ở vi khuẩn và chỉ có vài kênh này ở các tế bào động vật có vú. Defensin là một họ những protein kháng sinh nhỏ giàu cysteine, tạo nên các kênh pore-forming trong tế bào biểu mô và tế bào gốc tạo máu. Defensin có vai trò trong quá trình đề kháng chống lại vi khuẩn của cơ thể và trong điều hòa nội tiết khi cơ thể nhiễm trùng.

Transporter (còn gọi là carrier, permease, translocator, translocase, porter) khác với kênh ở chỗ chúng bám vào các phân tử và ion để thúc đẩy quá trình chuyển động qua màng của các chất này. Quá trình vận chuyển các chất được đánh giá trong các nghiên cứu về động lực học của enzyme bằng một hệ thồng đo lường động học (kinetic parameter). Mỗi transporter chỉ bám vào vài loại phân tử nhất định. Hoạt động của transpoter có thể bị ảnh hưởng bởi chất ức chế cạnh tranh và chất ức chế không cạnh tranh. Các transporter được phân lại dựa vào đặc điểm của quá trình vận chuyển các chất của chúng: (1) Uniporter: vận chuyển 1 phân tử trong 1 lần, (2) symporter: vận chuyển 2 phân tử khác nhau theo cùng 1 hướng trong 1 lần, (3) Antiporter: vận chuyển 2 phân tử khác nhau theo 2 hướng ngược nhau trong 1 lần.

Xét về cơ chế vận chuyển, transporter được chia làm 2 loại:

1. Vận chuyển trung gian thụ động (hay còn gọi là khuếch tán được hỗ trợ): vận chuyển các chất theo gradient nồng độ. Ví dụ glucose transporter, glucose/hexose transporter (xem phần Glycolysis) và kênh K+.

2. Vận chuyên tích cực: vận chuyển ngược chiều gradient nồng độ và cần năng lượng từ một phản ứng khác (thường là phản ứng thủy phân ATP). Các transporter tham gia quá trình vận chuyển dùng năng lượng từ sự thủy phân ATP được gọi là ATPase vì chúng được tự phosphoryl hóa (autophosphorylated) bởi ATP. Có 4 loại ATPase

a. ATPase loại E (E-type ATPases) nằm trên bề mặt tế bào, thủy phân các nucleoside triphosphates (bao gồm cả ATP ngoại bào), ATPase loại này hoạt động phụ thuộc vào Ca2+ hay Mg2+ và chúng không nhạy với các chất ức chế đặc hiệu của ATPase loại P, loại F, loại V.

b. ATPase loại F (F-type ATPases) có chức năng vận chuyển H+ trong ti thể trong quá trình phosphoryl hóa oxi hóa. Loại này còn có các motor quay (rotary motor).

c. ATPase loại P (P-type ATPases) được tìm thấy nhiều nhất trên màng sinh học, tham gia quá trình vận chuyển H+, K+, Na+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, and Mg2+. Đây là một họ transporter lớn ở cả tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực. Các ATPase loại này được chi thành nhóm 5 nhóm (P1-P5) và các nhóm này được chia thành các nhóm nhỏ hơn (A,B,C,…). Ví dụ ATP nhóm P2 có các nhóm nhỏ A,B,C,D. ATPase loại P có một cấu trúc domain bào tương lõi (core cytoplasmic domain structure) gồm vùng phosphorylation (P domain), vùng bám nucleotide (N domain) và vùng kích hoạt (A domain); và 10 xoắn gian màng (transmembrane helixes) được kí hiệu từ M1-M10, trong đó từ M1-M6 tạo vùng vận chuyển màng (membrane transport domain)

d. ATPase loại V (V-type ATPases) có trong các nang có tính acid và lysosome, có cấu trúc tương đồng với ATPase loại F và cũng có motor quay (rotary motor) như ATPase loại F.

e. ATPase loại A (A-type ATPases) là các kênh vận chuyển có ở vi khuẩn cổ(archaea bacterial transporters)có chức năng như ATPase loại F.

Na⁺-K⁺-ATPase

Chúng được tìm thấy trên màng sinh học và là ATPase được nghiên cứu nhiều nhất. ATPase này hay còn gọi là bơm Na+,K+; vận chuyển 3 Na+ ra ngoài và 2 K+ vào trong tế bào (chính điều này đã tạo nên gradient điện hóa và là cơ sở cho tính nhạy điện hóa của tế bào thần kinh). Sự vận chuyển Na+ ra ngoài tê bào của các ATPase này đã giúp điều hòa lượng nước trong tế bào. Các hoạt động này cần năng lượng lấy từ ATP được tạo ra từ quá trình oxi hóa glucose ở hệ thần kinh trung ương.

Hình: Cấu tạo của một Na⁺/K⁺ ATPase

Na+,K+-ATPases thuộc nhóm nhỏ C, nhóm P2 của ATPase loại P. ATPase này gồm 2 tiểu đơn vị α và β. (1) Tiểu đơn vị α (≈113 kD) có diện ATP, Na+, K+ bám vào và diện phosphorylation. Vùng tự phosphoryl của ATPase loại P được gọi là vùng P. Ngoài ra, ATPase loại P còn trải qua các quá trình phosphoryl của các kinase khác. Tiểu đơn vị β (≈35 kDa glycoprotein) có vai trò xác định vị trí ATPase trên màng bào tương và hoạt hóa tiểu đơn vị. Tiểu đơn vị α và β đều có vài đồng dạng, mỗi đồng dạng có kiểu phân bố khác nhau ở các loại mô. Bộ gen người có 4 gene mã hóa tiểu đơn vị α và 3 gene mã hóa tiểu đơn vị β. Đồng dạng α1 thường gặp nhất và có mặt ở khắp nơi trên cơ thể; đồng dạng α2 thường gặp ở mô cơ, mô mỡ, não và phổi; đồng dạng α3 tìm thấy trong tim và neuron; đồng dạng α4 chỉ được tìm thấy trong tinh hoàn. Đồng dạng β1 cùng với đồng dạng α1 tạo nên phức hợp α1β1 có mặt ở khắp nơi trong cơ thể; đồng dạng β2 thường được tìm thấy ở các thế bào tim và tế bào neuron; đồng dạng β3 thường gặp ở tinh hoàn và các neuron đang phát triển.

Các đồng dạng α, β và họ protein FXYD (các protein có cùng một phần chuỗi khóa gồm 35 amino acid trong đó có amino acids FXYD) kết hợp với nhau tạo nên rất nhiều phức hợp. Họ FXYD của các protein phân mảnh gian màng đơn nhỏ (small single transmembrane-segment protein) có ít nhất 7 loại từ FXYD1-FXYD7. FXYD1 (còn được gọi là phospholeman), FXYD2 (còn được gọi tiểu đơn vị γ của Na+,K+-ATPase), FXYD3 (còn gọi là Mat-8), FXYD4 (còng đợc gọi là yếu tố hậu lập corticosteroid hormone - corticosteroid hormone-induced factor, CHIF) và FXYD7 là các tiểu đơn vị hỗ trợ của Na+,K+-ATPases, giúp điều hòa hoạt động của ATPase này bằng lộ trình mô chuyên biệt (tissue-specific way) và con đường đồng dạng chuyên biệt (isoform-specific way). FXYD5 còn được gọi là dysaherin và FXYD6 được gọi là phosphohippolin.

Đầu tiên, ATP bám vào Na+,K+-ATPase, Na+ nội bào gắn vào bơm này và bắt đầu quá trình thủy phân ATP, phosphoryl hóa Asp ở motif DKTGT trong vùng P của tiểu đơn vị α của tất cả các ATPase loại P, và vùng N xảy ra quá trình tự phosphoryl hóa. Sau quá trình phosphoryl hóa, ADP được tạo thành; Na+,K+-ATPase được tái cấu trúc và phóng thích Na+ ra ngoài tế bào. Sau đó K+ ngoại bào được gắn vào bơm, kích hoạt quá trình khử phosphoryl hóa (dephophorylation) của tiểu đơn vị α giúp ATP có thể tiếp tục được gắn vào bơm. Sau đó, vùng P tiếp xúc với vùng A (vùng chứa Glu xúc tác ở TGE motif) . Quá trình khử phosphoryl hóa và việc ATP bám vào bơm làm bơm trở lại cấu trúc ban đầu, đưa K+ vào trong tế bào. Tại thời điểm này, bơm có thể tiếp tục đưa Na+ ra ngoài tế bào.

Ngoài quá trình tự phosphoryl hóa tại vùng P của Na+,K+-ATPase, các bơm này còn trải qua các quá trình phosphoryl hóa khác được xúc tác bởi PKA và PKC. Hoạt hóa sự phosphoryl hóa trung gian của PKA và PKC của Na+,K+-ATPase hoạt hóa các thụ thể tương ứng. Adrenergic, cholinergic và dopaminergic receptor agonist tạo nên quá trình phosphoryl hóa trung gian của PKA của Na+,K+-ATPases ở khắp cơ thể. Hoạt hóa thụ thể prostaglandin E dẫn đến quá trình phosphoryl của Na+,K+-ATPase ở neuron. Vùng phosphoryl hóa PKA được nghiên cứu nhiều nhất bào gồm chuỗi các serin (Ser943), được tìm thấy tại vùng ở giữa 2 vùng gian màng của đồng dạng α1 của bơm. Quá trình phosphoryl hóa trung gian của PKA làm giảm hoạt động của bơm và đồng thời làm tăng số lượng bơm trên màng tế bào. Đầu tận N của đồng dạng α1 được phosphoryl hóa bởi PKC mặc dù không thấy site nào thực hiện quá trình phosphoryl hóa. Serine 16 là serin duy nhất có trong đầu tận N của tiểu đơn vị α1, đột biến ở vùng này làm quá trình phosphoryl hóa trung gian PKC không diễn ra được. Ở tim và cơ xương, FXYD1 sẽ được phosphoryl hóa bởi PKA và PKC. Phosphoryl hóa trung gian PKA tiểu đơn vị α1 làm giảm hoạt động của Na+,K+-ATPase, nhưng phosphoryl hóa trung gian PKA ở FXYD1 lại tạo làm tăng hoạt động của Na+,K+-ATPases. Điều này chứng tỏ FXYD1 có vai trò như một chất ức chế của bơm.

Na+,K+-ATPases là thụ thể của các steroid trợ tim nội sinh (endogenous cardiotonic steroidcũng như là độc chất từ thực vật hay các động vật lưỡng cư. Các chất này bám vào bơm làm hoạt hóa các kinase như Src và PI3K làm thay đổi tính bám dính của tế bào (cell adhesion) và quá trình phát triển của tế bào. Các steroid trợ tim nội sinh (hay còn gọi là cardiac glycoside) là các chất ức chế chuyên biệt của Na+,K+-ATPases, được phân lập từ tuyến thượng thận, mô tim, hạ đồi, và thấu kính mắt (cataractous lenses). Pregnenolone và progesteron là những tiền chất trong quá trình sinh tổng hợp ouabain nội sinh (còn gọi là g-strophanthin) và diogxin nội sinh. Oubain và diogxin còn được gọi là cardenolides. Ouabain ngoại sinh là những hợp chất độc tổng hợp từ hạt chin của cây Strophanthus gratus ở Châu Phi và vỏ cây Acokanthera ouabaio. Một loại khác của steroid trợ tim nội sinh là các bufadienolides chứa các chất : marinobufagenin, marinobufotoxin (the C3-site arginine-suberoyl ester of marinobufagenin), telocinobufagin (dạng rút gọn của marinobufagenin) và 19-norbufalin. Còn rất nhiều steroid trợ tim nội sinh ở trong cơ thể các động vật có vú. Progesteron không là tiền chất để tổng hợp marinobufagenin. Trong khi đó, mevastatin (một loại thuốc statin ức chế enzyme HMG-CoA reductase) làm giảm quá trình sinh tổng hợp marinobufagenin. Điều này chứng tỏ cholesterol là tiền chất để tổng hợp bufadienolide ở động vật có vú.

Họ transporter ABC

Hình: Minh họa phân bố và chức năng của một số transporter ABC và SLC. ABC là các kênh xuất bào theo một chiều. SLC vận chuyển theo 2 chiều.

Họ carrier hòa tan (solute carrier, SLC) của transporter gồm hơn 300 protein được chia thành 47 loại. Các carrier hòa tan của transporter bao gồm những transporter hỗ trợ, transporter tích cực nguyên phát, transporter tích cực thứ phát, kênh ion và AQP. Trong giới hạn phần này không thể khái quát hết tất cả các transporter trong 47 loại. Bảng dưới đây liệt kê vài loại SLC transporter và vài transporter của loại này.

Khiếm khuyết trong biểu hiện hay chức năng của transporter gây ra rất nhiều rối loạn lâm sàng. Phần này không nêu tất cả các bệnh liên quan đến khiếm khuyết của transporter màng mà chỉ đề cập đến những bệnh đã được đề cập ở trên

ABCA1 có vai trò trong quá trình vận chuyển cholesterol ra khỏi tế bào có các thụ thể bề mặt đã được HDL bám vào (xem phần lipoprotein) vì vậy ABC1 trong các đại thực bào gây sự thoát cholesterol nhanh chóng và cuối cùng ngăn chặn quá trình viêm gây ra bởi các foam cells (các đại thực bào đã hấp thụ cholesterol). Các khiếm khuyết ở ABCA1 gây bệnh Tangier (bệnh có 2 triệu chứng xác định hạch amidan lớn chứa nhiều lipid (enlarged lipid-laden tonsils) và HDL huyết thanh thấp (low serum HDL)

ABCA4 là một transporter thuộc P-glycoprotein family của các transporter đề kháng đa thuốc (multidrug resistance transporters). Các khiếm khuyết của gene mã hóa ABCB4 gây ra 6 bệnh về gan: Tắt mật trong gan tiến triển di truyền (progressive familial intrahepatic cholestasis type 3 - PFIC 3), xơ gan túi mật ở người lớn (adult biliary cirrhosis), tắt mật tạm thời ở trẻ sơ sinh (transient neonatal cholestasis), tắt mật sau điều trị thuốc (drug-induced cholestasis), tắt mật trong gan ở sản phụ ( intrahepatic cholestasis of pregnancy), and hội chứng tắt mật đi kèm với phospholipid thấp (low phospholipid-associated cholelithiasis syndrome).

ABCG5 và ABCG8 tạo cặp obligate heterodimer có chức năng giới hạn quá trình hấp thụ sterol thực vật và cholesterol của ruột và tiết cholesterol từ gan vào mật. Đột biến ở ABCG5 hay ABCG8 gây nên bệnh về gene rất hiếm gặp là sitosterolemia (hay còn gọi là phytosterolemia). Rối loạn này làm cho ruột hấp thu không giới hạn sterols thực vật (như là sitosterol) và cholesterol. Những người mang rối loạn này thường có nồng độ sterol thực vật cao trong bào tương, bệnh về dây chằng,tuberous xanthomas, xơ vữa động mạch, bệnh mạch vành chưa tiến triển (premature coronary artery disease).

Hình: minh họa trường hợp bị tuberous xanthomas (hình a là mặt sau khuỷu, hình b là mặt trước đầu gối).

ABCB7 là protein nằm trên màng trong ti thể và có vai trò trong quá trình điều hòa sắt của cơ thể. Các khiếm khuyết trong gene liên quan đến X-linked sideroblastic anemia with ataxia (XSAT) (bệnh có các triệu chứng rối loạn chức năng tiểu não không tiếp diễn - non-progressive cerebellar ataxia) được phát hiện sớm ở trẻ em và thiếu máu nhẹ nhược sắc, hồng cầu nhỏ.

ABCB11 là protein xuất muối mật (bile salt export protein, BSEP) có vai trò trong quá trình vận chuyển muối mật ra khỏi tế bào gen. Khiếm khuyết ở gene mã hóa protein này thường gây ra bệnh tắt mật trong gan tiến triển di truyền(progressive familial intrahepatic cholestasis) type 2 (PFIC2).

ABCC2 ban đầu được xem như là một kênh vận chuyển các anion đa cơ quan có đường kính nhỏ canalicular multispecific organic anion transporter (CMOAT) và còn được gọi là multidrug resistance associated protein 2 (MRP2). Khiếm khuyết ở các gene mã hóa ABCC2 gây hội chứng Dubin-Johnson (bệnh này làm tăng bilirubin liên hợp trong máu - conjugated hyperbilirubinemia).

ABCD1 có vai trò trong quá trình nhập hay neo các CoA synthetase có chuỗi acid béo rất dài(very long-chain fatty acid-CoA synthetase - VLCFA-CoA synthetase) vào peroxisomes. Khiếm khuyết trong gen có thể gây bệnh mất bao myelin di truyền trên NST X(X-linked adrenoleukodystrophy - XALD).

ATP7A và ATP7B là ATPase vận chuyển đồng liên quan với SLC31A1. Khiếm khuyết ở ATP7A có thể gây bệnh Menkes và khiếm khuyết ở ATP7B gây bệnh Wilson.

Khiếm khuyết ở các transporter trong SLC6 family gây các bệnh chậm phát triển tâm thần (mental retardation), rối loạn cảm xúc và các rối loạn về thần kinh khác.

Khiếm khuyết ở SLC6A1 gây bệnh động kinh và tâm thần phân liệt (schizophrenia). Khiếm khuyết ở SLC6A2 gây bệnh trầm cảm và chán ăn do tâm lí (anorexia nervosa). Khiếm khuyết ở SLC6A3 gây bệnh Parkinson, hội chứng Tourette, ADHD và nghiện chất kích thích. Khiếm khuyết ởSLC6A4 gây rối loạn sợ hãi, trầm cảm, tự kỉ và nghiện chất kích thích.

SLC6A19 còn được gọi là transporter B(0) amino acid trung tính hệ thống (system B(0) neutral amino acid transporter 1 [B(0)AT1]). Transporter này thường được tìm thấy trong thận và ruột non, có vai trò trong quá trình vận chuyển amino acid trung tính. Khiếm khuyết ở SLC6A19 gây bệnh Hartnup do quá trình vận chuyển các amino acid trung tính qua các tế bào biểu mô của ống lượng gần và của niêm mạc ruột bị suy giảm, rối loạn chức năng tiểu não và loạn tâm thần (psychosis).

SLC11A2,còn được gọi là DMT1 (divalent metal-ion transporter-1), tham gia quá trình hấp thu sắt bởi apical surface của tá tràng. Ngoài ra DMT1 còn có vai trò trong quá trình vận chuyển manganese, cobalt, cadmium, nickel, đồng và kẽm. Khiếm khuyết trong hoạt động của DMT1 gây bệnh thiếu máu hồng cầu nhỏ và nhược sắc do hấp thu quá nhiều sắt.

Khiếm khuyết ở SLC12A6 gây hội chứng Andermann’s còn được gọi là bất sản của thể chai và bệnh lí thần kinh ngoại biên (peripheral neuropathy - ACCPN). Người mắc các bệnh này có các bệnh về thần kinh cảm giác và vận động cùng với sự bất sản thể chai. Bệnh này thường gặp ở những người Canada gốc Pháp sống tại vùng Charlevoix của Quebec.

Khiếm khuyết SLC16A2 gặp trong hội chứng Allan-Herndon-Dudley (Allan-Herndon-Dudley syndrome, AHDS) gồm các triệu chứng: nhược cơ, sự suy yếu, tăng tiết nước mũi (excessive drooling), giảm khối lượng cơ (reduced muscle mass), làm chậm quá trình phát triển ở trẻ. Khiếm khuyết này gây ra sự suy giảm nghiêm trọng quá trình phát triển nhận thức (severe impairment of cognitive development) nhưng không có các dị dạng rõ ràng.

SLC22A18 nằm trên nhiễm sắc thể số 11 và khiếm khuyết ở gen mã hóa transporter này gây hội chứng Beckwith-Wiedemann (Beckwith-Wiedemann syndrome -BWS)

SLC30A8 có vai trò trong quá trình tiết kẽm (efflux of zinc) và hiện tượng đa hình (polymorphisms). Khiếm khuyết trong gene má hóa transporter này gây bệnh đái tháo đường loại 2 vì khiếm khuyết ở chức năng của protein này làm suy giảm chức năng tế bào β tụy, qua đó ảnh hưởng đến quá trình tiết insulin.

SLC35C1 còn được gọi là GDP-fucose transporter (kí hiệu gene = FUCT1). Khiếm khuyết ở FUCT1 gene gât rối loạn glycosylation bẩm sinh (congenital disorder of glycosylation - CDG). CDG loại II được tạo nên bởi các khiếm khuyết trong cấu trúc carbonhydrate của N-linked glycoproteins. CDGIIc còn được gọi là leukocyte adhesion deficiency syndrome II (LAD II). LAD II là hội chứng suy giảm miễn dịch chính dẫn đến rối loạn chức năng bạch cầu. Các triệu chứng của LAD II gồm: biểu hiện nét mặt bất thường, tái nhiễm tùng, tăng bạch cầu mạn, mất khả năng hóa hướng động bạch cầu trung tính (defective neutrophil chemotaxis) và sự chậm phát triển trí tuệ trầm trọng.