Войти
Кристаллическая структура Калиевого канала Kv1.2 / 2.1 Химера. Расчетные углеводородные границы липидного бислоя обозначены красными и синими линиями. Мембранные белки - это обычные белки, которые являются частью биологических мембран или взаимодействуют с ними. Мембранные белки делятся на несколько широких категорий в зависимости от их местоположения. Интегральные мембранные белки являются постоянной частью клеточной мембраны и могут либо проникать через мембрану (трансмембранная), либо связываться с одной или другой стороной мембраны (интегральная монотопная). Белки периферической мембраны временно связаны с клеточной мембраной.
Мембранные белки являются обычными и важными с медицинской точки зрения - около трети всех белков человека являются мембранными белками, и они являются мишенями для более чем половины всех лекарств. Тем не менее, по сравнению с другими классами белков, определение структур мембранных белков остается сложной задачей в значительной степени из-за сложности создания экспериментальных условий, которые могут сохранить правильную конформацию белка в изоляции от его нативной среды.
Мембранные белки выполняют множество функций, жизненно важных для выживания организмов:
Локализацию белков в мембранах можно надежно предсказать, используя анализ гидрофобности последовательностей белков, то есть локализацию гидрофобных аминокислотных последовательностей.
Схематическое изображение трансмембранных белков: 1. одиночная трансмембранная α-спираль ( битопический мембранный белок ) 2. политопный трансмембранный α-спиральный белок 3. политопный трансмембранный β-листовой белок. Мембрана представлена светло-коричневым цветом. Основные статьи: интегральный мембранный белок и трансмембранный белок Интегральные мембранные белки постоянно прикреплены к мембране. Такие белки можно отделить от биологических мембран только с использованием детергентов, неполярных растворителей или иногда денатурирующих агентов. Одним из таких примеров белка этого типа, который еще не охарактеризован функционально, является SMIM23. Их можно классифицировать в зависимости от их отношения к бислою:
Схематическое изображение различных типов взаимодействия между монотопными мембранными белками и клеточной мембраной : 1. взаимодействие посредством амфипатической α-спирали, параллельной плоскости мембраны (плоская спираль мембраны) 2. взаимодействие посредством гидрофобной петли 3. взаимодействие посредством ковалентно связанный мембранный липид ( липидирование) 4. электростатические или ионные взаимодействия с мембранными липидами ( например, через ион кальция) Основная статья: Периферический мембранный белок Белки периферической мембраны временно прикрепляются либо к липидному бислою, либо к интегральным белкам за счет комбинации гидрофобных, электростатических и других нековалентных взаимодействий. Периферические белки диссоциируют после обработки полярным реагентом, например раствором с повышенным pH или высокой концентрацией соли.
Интегральные и периферические белки могут быть посттрансляционно модифицированы с добавлением жирных кислот, диацилглицерина или пренильных цепей или GPI (гликозилфосфатидилинозитол), которые могут быть закреплены в липидном бислое.
Полипептидные токсины и многие антибактериальные пептиды, такие как колицины или гемолизины, а также определенные белки, участвующие в апоптозе, иногда считаются отдельной категорией. Эти белки водорастворимы, но могут агрегироваться и необратимо связываться с липидным бислоем и становиться обратимо или необратимо ассоциированными с мембраной.
Мембранные белки, такие как растворимые глобулярные белки, волокнистые белки и неупорядоченные белки, являются обычными. Подсчитано, что 20–30% всех генов в большинстве геномов кодируют мембранные белки. Например, около 1000 из ~ 4200 белков E. coli считаются мембранными белками, 600 из которых, как было экспериментально подтверждено, являются мембранно-резидентными. Современные представления предполагают, что 30% генома человека кодирует мембранные белки.
Мембранные белки являются мишенью для более 50% всех современных лекарственных препаратов. Среди заболеваний человека, в которых были вовлечены мембранные белки являются сердечно - сосудистые заболевания, болезни Альцгеймера и муковисцидоз.
Хотя мембранные белки играют важную роль во всех организмах, их очистка исторически была и остается огромной проблемой для ученых, занимающихся белками. В 2008 году было доступно 150 уникальных структур мембранных белков, а к 2019 году только 50 человеческих мембранных белков имели свою структуру. Напротив, примерно 25% всех белков - это мембранные белки. Их гидрофобные поверхности затрудняют определение структурных и особенно функциональных характеристик. Для придания водорастворимости мембранным белкам можно использовать детергенты, но они также могут изменять структуру и функцию белка. Сделать водорастворимые белки мембран можно также путем конструирования белковой последовательности, замены выбранных гидрофобных аминокислот гидрофильными, уделяя особое внимание поддержанию вторичной структуры при одновременном изменении общего заряда.
Аффинная хроматография - одно из лучших решений для очистки мембранных белков. В отличие от других белков активность мембранных белков снижается очень быстро. Таким образом, аффинная хроматография обеспечивает быструю и специфическую очистку мембранных белков. Полигистидин тег представляет собой тег обычно используется для очистки мембранных белков, а также альтернативный rho1D4 тег также был успешно использован.
