Membranski proteini su uobičajeni proteini koji su dio bioloških membrana ili su u interakciji s njima. Uključuju nekoliko širokih kategorija, ovisno o njihovom mjestu. Integralni membranski proteini su trajni dio ćelijske membrane i mogu prodrijeti kroz membranu (transmembranski) ili se povezati s jednom ili drugom stranom membrane (integralni monotop). Proteini periferne membrane su privremeno povezani sa ćelijskom membranom.
Izračunate granice ugljikvodika lipidnog dvosloja označene su crvenom i plavom linijom.
Membranski proteini su uobičajeni i medicinski važni – otprilike trećina svih ljudskih proteina su membranski proteini i oni su ciljevi za više od polovine svih lijekova.[1] Bez obzira na to, u poređenju sa drugim klasama proteina, određivanje membranskih struktura proteina ostaje velikim dijelom izazov, zbog poteškoća u uspostavljanju eksperimentalnih uslova koji mogu izolirati ispravnu konformaciju proteina izoliranih iz svog prirodnog okruženja.
Funkcija
Membranski proteini obavljaju razne funkcije od vitalnog značaja za opstanak organizama:[2]
- Proteini membranskih receptora prenose signale između ćelijskog unutrašnjeg i vanjskogog okruženja.
- Transportni protein pokreću molekule i ione kroz membranu. Mogu se kategorizirati prema bazi podataka klasifikacije transportera.
- Membranski enzimi može imati mnogo aktivnosti, poput oksidoreduktaza, transferaza ili hidrolaza.[3]
- Molekule ćelijske adhezije omogućavaju ćelijama da se međusobno identificiraju i komuniciraju. Naprimjer, proteini uključeni u imunski odgovor.
Lokalizacija proteina u membranama može se pouzdano predvidjeti primjenom analiza hidrofobnosti proteinskih sekvenci, tj. lokalizacije hidrofobnih aminokiselinskih sekvenci.
Integralni membranski proteini
1. jednostavni transmembranski α-heliks (bitopski membranski protein)
2. politopski transmembra α-helksni protein
3. politopni β-list transmembranskog proteina
Membrana je svijetlosmeđa.
Integralni membranski proteini su trajno vezani za membranu. Takvi se proteini mogu odvojiti od bioloških membrana samo upotrebom deterdžentnog, nepolarnog rastvarača ili ponekad denaturacijskim sredstvima. Jedan od takvih primjera ovog tipa proteina koji još uvijek nije funkcionalno okarakteriziran je SMIM23. Mogu se klasificirati prema njihovom odnosu sa dvoslojem, kao:
- Integralni politopijski proteini su transmembranski proteini koji se protežu preko membrane više puta. Ti proteini mogu imati različitu transmembranske topologiju.[4][5] Ovi proteini imaju jednu od dvije strukturne arhitekture:
- Heliksni snop imaju proteini koji su prisutni u svim tipovima bioloških membrana;
- Beta bačva proteini, koji se nalaze samo u vanjskoj membrani Gram-negativnih bakterija i vanjskoj membrani mitohondrija i hloroplasta.[6]
- Bitopski proteini su transmembranski proteini koji se protežu preko membrane samo jednom. Transmembranski heliksi iz ovih proteina imaju značajno različitu distribuciju aminokiselina u transmembranskim heliksima od politopskih proteina.[7]
- Integralni monotopaski proteini su integralni membranski proteini koji su pričvršćeni samo na jednu stranu membrane i ne obuhvataju čitav put.
Periferni membranski proteini
1. interakcija amfipatskiim α-heliksom paralelno s membranskom ravninom (površina membranskog heliksa)
2. interakcija hidrofobna petlja
3. interakcija kovalentno vezanim membranskim lipidom ( lipidiranje)
4. elektrostatska ili ionska interakcija s membranskim lipidima (npr. kroz ion kalcija)
Periferni membranski proteinii privremeno su vezani ili za lipidni dvosloj ili za integralne proteine, kombinacijom hidrofobnih, elektrostatskih i drugih nekovalentnih interakcija. Periferni proteini se disociraju nakon tretmana polarnim reagensom, poput rastvora s povišenom pH ili visokom koncentracijom soli.
Integralni i periferni proteini mogu se posttranslacijski modificiraati, dodavanjem masne kiseline, diacilglicerola,[8] prenil lanaca ili GPI (glikofosfatidilinozitola), koji se mogu usidriti u lipidnom dvosloju.
Polipeptidni toksini
Polipeptidni toksini i mnogi antibakterijski peptidi, poput kolicina ili hemolizine, te određeni proteini koji su uključeni u apoptozu, ponekad se smatraju zasebnom kategorijom. Ovi proteini su topivi u vodi, ali se mogu agregirati i povezati nepovratno sa lipidnim dvoslojem i postati reverzibilno ili nepovratno povezani s membranom.
U genomima
Membranski proteini, poput topljivih loptastih proteina, vlaknastih proteina i poremećenih proteina, su česti.[9] Procjenjuje se da 20–30% svih gena u većini genomima kodira membranske proteine.[10][11] Naprimjer, oko 1.000 od ~ 4.200 proteina E. coli smatraju se membranskim proteinima, od kojih je za 600 eksperimentalno potvrđeno da su u membrani.[12] Smatra se da kod ljudi u potpunosti 30% genoma kodira membranske proteine.[13]
U bolesti
Membranski proteini su ciljevi preko 50% svih savremenih farmaceutskih lijekova.[1] Među ljudskim bolestima u koje su uključeni membranski proteini su bolesti srca, Alzheimerova bolest i cistična fibroza.[13]
Prečišćavanje membranskih proteina
Iako membranski proteini imaju važnu ulogu u svim organizmima, njihovo prečišćavanje je povijesno i dalje predstavljalo ogroman izazov za naučnike o proteinima. U 2008. godini bilo je dostupno 150 jedinstvenih struktura membranskih proteina,[14] a do 2019. samo je 50 ljudskih membranskih proteina imalo pojašnjene strukture.[13] Nasuprot tome, približno 25% svih proteina su membranski proteini.[15] Njihove hidrofobne površine otežavaju određivanje strukturnih i posebno funkcijskih karakteristika.[13][16] Deterdženti se mogu koristiti za stvaranje membranskih proteina rastvorljivih u vodi, ali oni također mogu promijeniti strukturu i funkciju proteina.[13] Izrada membranskih proteina rastvorljivih u vodi također može se postići inženjerstvom proteinske sekvence, zamjenom odabranih hidrofobnih aminokiselina hidrofilnim, vodeći veliku pažnju da se održi sekundarna struktura uz reviziju ukupnog naboja.
Afinitetna hromatografija jedno je od najboljih rješenja za pročišćavanje membranskih proteina. Aktivnost membranskih proteina vrlo brzo opada, za razliku od ostalih proteina. Dakle, afinitetna hromatografija omogućava brzo i specifično pročišćavanje membranskih proteina. Za prečišćavanje membranskih proteina često je korištena polihistidinska oznaka,[17] kao i alternativna oznaka rho1D4.[18][19]
Također pogledajte
- Lipidni dvosloj
- Proteinski nosač
- Ionski kanal
- Ionska pumpa
- Receptor (biohemija)
- Transmembranski protein
Reference
Dopunska literatura
Vanjski linkovi
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
