Funkce a struktura transmembránových proteinů: Podrobná fakta

by

Transmembránové proteiny nebo integrální membránové proteiny jsou zabudovány do buněčné membrány a překlenují lipidovou dvojvrstvou membránu. 

Tyto transmembránové proteiny mají obecně tři různé domény: cytosolickou doménu (pro přenos signálů do vnitřku buňky), transmembránovou doménu a exoplazmatickou doménu, která visí vně buňky a působí jako receptor. Chemická povaha a struktura těchto domén se velmi liší.

Stále obecně platí, že transmembránová doména je složena z hydrofobních zbytků, které obecně přijímají konfiguraci buď alfa šroubovice nebo beta-listu tvořeného více beta řetězci.

Integrální proteiny tvoří téměř 20-30 % obsahu proteinu v buňce a jsou pevně fixovány v membráně, takže výzkumníci se často musí uchýlit k přísnějším podmínkám zahrnujícím chaotropní činidla, jako je 6-8M močovina, thiokyanát, chloristan lithný nebo guanidinium. chlorid k narušení hydrofobních interakcí těchto proteinů s membránou k usnadnění jejich extrakce. 

Funkce transmembránových proteinů

Tyto proteiny provádějí různé fyziologické funkce v buňce, od spojovacích proteinů po rozpoznání, transport, ukotvení a transdukci. 

GPCR fungují v různých buněčných signálních drahách a jsou jedním z nejkritičtějších typů receptorů zapojených do rozsáhlých fyziologických procesů, jako je aktivace transkripce určitých genů v reakci na ligand.

Bakteriorhodopsin je víceprůchodový protein používaný fotosyntetickými bakteriemi k zachycení světla. Absorpce fotonu vyvolává určité konformační změny v proteinu, které mu umožňují generovat protonový gradient, který bude nakonec využit k syntéze ATP.

Aquaporiny

Různé typy akvaporinů transportují molekuly, jako je voda, ve vodě rozpustné molekuly a glycerol buněčná membrána.

Aquaporin 0 (homotetramer) je nejhojnější v oční čočce savců.

Aqua-glyceroporiny jsou jedinečné v transportu nenabitých molekul, jako je močovina a amoniak, přes membránu. 

Vnější membrána gramnegativních bakterií, jako je E. coli, má různé poriny pro transport různých disacharidů (cukru) do buňky. 

Iontové kanály

Mnoho alfa-helixů obsahují integrální bílkoviny z iontových kanálů, jako jsou napěťově řízené sodíkové iontové kanály, které jsou klíčové při generování nervových impulsů.

Receptory imunitních buněk

Receptor T buněk obsahuje alfa-helix a je kritický pro správné fungování odpovědí T buněk v imunitě proti onemocnění. Totéž platí pro receptory B buněk. 

Různý enzymy v bakteriích jsou transmembránové proteiny, jako je enzym methanmonooxygenáza, který může oxidovat CH vazbu metanu. 

Proteiny zaměřené na různé buněčné organely, jako jsou ty cílené na endoplazmatické retikulum a další, mají v buněčné membráně enzym zvaný signální peptidáza peptidáza.

Tento enzym rozpoznává signální peptid specifický pro organely v příchozím polypeptidovém řetězci a štěpí jej, takže funguje ve správné subcelulární distribuci různých polypeptidových řetězců.

Subcelulární lokalizace

Proteiny zaměřené na různé buněčné organely, jako jsou ty, které jsou zaměřeny na endoplazmatické retikulum a další, mají v buněčné membráně enzym nazývaný signální peptidáza peptidáza.

Tento enzym rozpoznává signální peptid specifický pro organely v příchozím polypeptidovém řetězci a štěpí jej, takže funguje ve správné subcelulární distribuci různých polypeptidových řetězců.

Fosfolipázy

Fosfolipáza A1 ve vnější membráně gramnegativních bakterií je transmembránový protein typu III. Hraje roli v různých buněčných aktivitách, mezi které patří sekrece toxických peptidů, abychom jmenovali alespoň některé. 

Junction Proteiny

Tyto transmembránové proteiny jsou klíčovou složkou buněčné adheze k extracelulární matrici a tvoří různá spojení, jako jsou mezery a těsná spojení mezi buňkami.

Gap junctions umožňují přímou komunikaci mezi buňkami. Gap junctions umožňují výměnu malých molekul, jako jsou ionty, cukry a aminokyseliny. Connexin je protein mezerového spojení. 

Buněčné rozpoznávání

Glykosylované transmembránové proteiny se podílejí na rozpoznávání buněk a běžným příkladem je typizace krevních skupin ABO. Tyto oligosacharidy určují krevní skupinu člověka a jsou klinicky velmi důležité. 

Transport glukózy

Různé transmembránové proteiny tvoří různé nosiče a hradlové kanály v membráně pro usnadnění difúze různých molekul. GLUT-1 nebo glukózový transportér 1 je jedním takovým integrálním membránovým proteinem.

Struktura transmembránových proteinů

Strukturně je alfa helix nejběžnější strukturou v transmembránové doméně integrálních proteinů a částečným důvodem převahy této alfa-helixu nad ostatními sekundárními strukturami jsou příznivé hydrofobní a van der Waalsovy interakce mezi lipidy dvojvrstvy a hydrofobní aminoskupinou. zbytky kyselin a hydrofobní postranní řetězce aminokyselin. 

funkce transmembránových proteinů
Struktura transmembránových proteinů z Wikipedia

Topologie transmembránových proteinů směřujících k cytosolu a extracelulární matrici je odlišná a zůstává stejná po celou dobu života tohoto proteinu. Periferní proteiny vykazují klopné pohyby v lipidové dvojvrstvě, ale takové pohyby jsou velké ne pro transmembránové proteiny. 

Transmembránové proteiny typu I

Tyto proteiny jednou překlenou membránu.

Počet domén, zejména transmembránové domény, která zajišťuje stabilní uložení proteinu v membráně, velmi závisí na typu proteinů. T

počet se obvykle pohybuje od jedné transmembránové domény po mnoho. Glykoforin A na povrchu červených krvinek je běžný jednoprůchodový transmembránový protein běžně nazývaný transmembránový protein typu I.

Transmembránové proteiny typu II

Na rozdíl od proteinů typu I, G protein-coupled receptors (GPCRs) překlenují membránu sedmkrát (transmembránové proteiny typu II), a proto se také nazývají hadí receptory..

Aquaporiny jsou dalším příkladem alfa-helixu obsahujícího transmembránové proteiny spojené s transportem vody, glycerolu a dalších ve vodě rozpustných látek do buňky. Hydrofobní postranní řetězce helixové domény jsou vyloučeny z nitra helixu a tvoří van der Waalovy interakce s acylovými řetězci lipidů dvojvrstvy.

Šroubovice však neobsahuje čistě hydrofobní/nenabité aminokyseliny. Má také hydrofilní/nabité aminokyseliny, které se podílejí na tvorbě vodíkových vazeb s jinými nabitými aminokyselinami šroubovice, čímž pomáhají stabilizovat samotnou šroubovici. 

Transmembránové proteiny typu II

Alfa helix může dominovat transmembránovému motivu ve většině proteinů, ale není to jediný motiv nalezený v integrálním proteinu. Několik beta vláken je spojeno vlásenkovou smyčkou ze soudkovité struktury nazývané beta-barel, ve které je umístěna dutina ve středu pro transport molekul.

Je to běžný sekundární motiv v případě různých porinů. Tyto beta barely obsahující transmembránové proteiny se běžně nazývají transmembránové proteiny typu III. 

Strukturálně jsou tyto poriny homotrimery, protože se skládají ze tří identických podjednotek, přičemž každá podjednotka má 16 beta-řetězců tvořících sud. Vnitřek tohoto porinu je hydrofilní, aby umožnil transport hydrofilních látek do buňky; avšak vnější část tohoto beta-barelu je hydrofobní a interaguje s lipidy dvojvrstvy a zajišťuje stabilitu tohoto póru.

Jedinečnou vlastností těchto beta-barel proteinů je střídavé uspořádání hydrofobních a hydrofilních aminokyselin. Více než 50 takových bílkoviny obsahují beta-barel a závisí na orientaci beta-řetězců. Patří do tří hlavních kategorií: motiv řeckého klíče, motiv želé a motiv nahoru a dolů. 

Transmembránové proteiny typu IV

Některé transmembránové proteiny mají další lipidové kotvy pro další stabilizaci a ty jsou známé buď jako transmembránové proteiny typu IV nebo proteiny ukotvené v lipidech.

Mezi běžné lipidové kotvy patří kyselina myristová, kyselina palmitová, prenylované acylové řetězce a glykofosfatidylinositol (GPI).

Mezi nimi se GPI kotvy nacházejí na vnější straně buňky, to znamená na exoplazmatické straně lipidové dvojvrstvy, ale zbytek těchto kotev se nachází na vnitřní straně membrány, což je endocytosolový lístek buněčné membrány. 

Isopren obsahující 5 uhlíků je prekurzorem pro stavbu prenylových kotev. Bakterie postrádají proteiny ukotvené v GPI, ale u eukaryot, jako jsou lidé, vykonávají širokou škálu funkcí, jako je transdukce signálu závislá na receptoru, buněčná adheze a dokonce enzymatické funkce. 

Proč investovat do čističky vzduchu?

Struktura těchto proteinů se pohybuje od jednoprůchodových až po víceprůchodové proteiny, přičemž většina z nich nese alfa šroubovici jako převládající sekundární strukturu. Tyto proteiny se podílejí na různých funkcích, od sloužících jako kanálové proteiny až po buněčnou signalizaci.

Také čtení: