Войти
Схематическое изображение трансмембранных белков: 1) одиночная трансмембранная α-спираль (битопический мембранный белок). 2) политопный трансмембранный α-спиральный белок. 3) политопный трансмембранный белок β-листа. Мембрана представлена светло-желтым цветом. A трансмембранный белок (TP) представляет собой тип интегрального мембранного белка, который охватывает всю клеточную мембрану. Многие трансмембранные белки действуют как шлюзы, позволяющие транспортировать определенные вещества через мембрану. Они часто претерпевают значительные конформационные изменения, чтобы перемещать вещество через мембрану. Они обычно очень гидрофобны и агрегируются и осаждаются в воде. Для экстракции им требуются детергенты или неполярные растворители, хотя некоторые из них (бета-бочки ) также могут быть экстрагированы с использованием денатурирующих агентов.
пептидная последовательность, который охватывает мембрану, или трансмембранный сегмент, в значительной степени гидрофобен и может быть визуализирован с использованием графика гидропатии. В зависимости от количества трансмембранных сегментов трансмембранные белки можно разделить на однопролетные (или битопические ) или многопролетные (политопические). Некоторые другие интегральные мембранные белки называются монотопными, что означает, что они также постоянно прикреплены к мембране, но не проходят через нее.
Существует два основных типа трансмембранных белков: альфа-спиральный и бета -бочки. Альфа-спиральные белки присутствуют во внутренних мембранах бактериальных клеток или плазматической мембране эукариот, а иногда и в внешних мембранах. Это основная категория трансмембранных белков. У людей 27% всех белков составляют альфа-спиральные мембранные белки. Бета-цилиндрические белки пока обнаружены только в наружных мембранах грамотрицательных бактерий, клеточных стенках грамположительных бактерий, наружных мембранах митохондрий и хлоропластов, или могут секретироваться как порообразующие токсины. Все трансмембранные белки с бета-стволами имеют простейшую топологию вверх-вниз, что может отражать их общее эволюционное происхождение и сходный механизм сворачивания.
Помимо белковых доменов существуют необычные трансмембранные элементы, образованные пептидами. Типичным примером является грамицидин A, пептид, который образует димерную трансмембранную β-спираль. Этот пептид секретируется грамположительными бактериями в качестве антибиотика. О трансмембранной спирали полипролина-II не сообщалось в природных белках. Тем не менее, эта структура экспериментально наблюдалась в специально разработанных искусственных пептидах.
Эта классификация относится к положению N- и C-концов белка на разных сторонах липидного бислоя. Типы I, II, III и IV - это однопроходные молекулы. Трансмембранные белки типа I прикреплены к липидной мембране с помощью якорной последовательности стоп-переноса, и их N-концевые домены нацелены на эндоплазматический ретикулум (ER) просвет во время синтеза (и внеклеточное пространство, если зрелые формы расположены на клеточных мембранах ). Типы II и III заякорены с помощью сигнально-якорной последовательности, при этом тип II нацелен на просвет ER с его C-концевым доменом, в то время как тип III имеет свои N-концевые домены, нацеленные на просвет ER. Тип IV подразделяется на IV-A, с их N-концевыми доменами, нацеленными на цитозоль, и IV-B, с N-концевым доменом, нацеленным на просвет. Последствия для деления на четыре типа особенно проявляются во время транслокации и трансляции, связанной с ER, когда белок должен пройти через мембрану ER в направлении, зависящем от типа.
Трансмембранные белки групп I и II имеют противоположные конечные топологии. Белки группы I имеют N-конец на дальней стороне и C-конец на цитозольной стороне. Белки группы II имеют С-конец на дальней стороне и N-конец в цитозоле. Однако окончательная топология - не единственный критерий для определения групп трансмембранных белков, а скорее расположение топогенных детерминант и механизм сборки рассматривается в классификации 
Увеличение количества известных 3D-структур мембранных белков Мембрана структуры белка могут быть определены с помощью рентгеновской кристаллографии, электронной микроскопии или ЯМР-спектроскопии. Наиболее распространенными третичными структурами этих белков являются трансмембранные спиральный пучок и бета-ствол. Часть мембранных белков, которые прикреплены к липидному бислою (см. кольцевая липидная оболочка ), в основном состоят из гидрофобных аминокислот.
Мембранные белки, которые имеют гидрофобные поверхности, относительно гибки и являются выражается на относительно низком уровне. Это создает трудности в получении достаточного количества белка и последующем выращивании кристаллов. Следовательно, несмотря на значительную функциональную важность мембранных белков, определение структур атомного разрешения для этих белков сложнее, чем глобулярных белков. По состоянию на январь 2013 г. менее 0,1% определенных белковых структур составляли мембранные белки, несмотря на то, что они составляли 20–30% от общего протеома. Из-за этой сложности и важности этого класса белков были разработаны методы предсказания структуры белков на основе графиков гидропатии, положительное внутреннее правило и другие методы.
Трансмембранные α-спиральные белки необычайно стабильны, судя по исследованиям термической денатурации, поскольку они не разворачиваются полностью внутри мембран (полное развертывание также потребует разрушения много α-спиральных Н-связей в неполярных средах). С другой стороны, эти белки легко неправильно сворачиваются из-за ненативной агрегации в мембранах, перехода в состояния расплавленной глобулы, образования ненативных дисульфидных связей или развертывания периферических области и нерегулярные петли, которые локально менее стабильны.
Также важно правильно определить развернутое состояние. Развернутое состояние мембранных белков в детергенте мицеллах отличается от такового в экспериментах по термической денатурации. Это состояние представляет собой комбинацию свернутых гидрофобных α-спиралей и частично развернутых сегментов, покрытых детергентом. Например, «развернутый» бактериородопсин в мицеллах SDS имеет четыре свернутые трансмембранные α-спирали, в то время как остальная часть белка расположена на границе раздела мицелла-вода и может принимать разные типы. неродных амфифильных структур. Различия в свободной энергии между такими детергентно-денатурированными и нативными состояниями аналогичны стабильности водорастворимых белков (< 10 kcal/mol).
Рефолдинг α-спиральных трансмембранных белков in vitro технически затруднен. Примеров успешных экспериментов по рефолдингу, как, например, для бактериородопсина, относительно немного. In vivo все такие белки обычно ко-трансляционно свертываются внутри большого трансмембранного транслокона. Канал транслокона обеспечивает высокогетерогенная среда для возникающих трансмембранных α-спиралей.Относительно полярная амфифильная α-спираль может принимать трансмембранную ориентацию в транслоконе (хотя она будет на поверхности мембраны или развернута in vitro), поскольку ее полярные остатки могут быть обращены к центральной воде -заполненный канал транслокона.Такой механизм необходим для встраивания полярных α-спиралей в структуры трансмембранных белков.Амфифильные спирали остаются прикрепленными. d к транслокону до тех пор, пока белок не будет полностью синтезирован и свернут. Если белок остается развернутым и прикрепленным к транслокону слишком долго, он разрушается специфическими клеточными системами «контроля качества».
Стабильность β -бочковые трансмембранные белки похожи на стабильность водорастворимых белков, согласно исследованиям химической денатурации. Некоторые из них очень устойчивы даже к хаотропным агентам и высокой температуре. Их сворачиванию in vivo способствуют водорастворимые шапероны, такие как белок Skp. Считается, что белки мембраны β-ствола происходят от одного предка, даже имея разное количество слоев, которые могли быть добавлены или удвоены в процессе эволюции. Некоторые исследования показывают огромную консервацию последовательностей среди различных организмов, а также консервативные аминокислоты, которые удерживают структуру и помогают складываться.
Примечание: n и S - это, соответственно, количество бета-цепей и «число сдвига» бета-ствола
