Мембрански белковини

Мембранските белковини се белковини кои стапуваат во интеракција или се дел од биолошки мембрани. Тие вклучуваат интегрални мембрански белковини, кои трајно се закотвени, односно се дел од мембраната, и периферни мембрански белковини, кои само привремено се поврзани со мембраната или со некој интегрална мембранска белковина.^[1]^[2] Интегралните мембрански белковини се класифицирани во две групи; трансмембрански белковини, кои се протегаат низ целиот мембрански двослој, и интегрални монотопични белковини, кои се поврзани само со едната страна на мембраната. Мембранските белковини се чест вид на белковини, заедно со водорастворливите глобуларни белковини, фибриларните белковини и интринзично неструктурираните белковини.^[3] Тие се цел на делување на над 50% од сите модерни лекови.^[4] Се смета дека 20-30% од сите гени во повеќето геноми на организмите кодираат мембрански белковини.^[5]^[6]

Во споредба со другите класи на белковини, определувањето на структурата на мембранските белковини сè уште е предизвик, поради тешкотиите во поставувањето на експериментални услови во кои се зачувува природната конформација на белковината кога е во изолација од меговата нативна средина.^[6]

Функција

Мембранските белковини вршат разновидни функции од суштинско значење за опстанокот на секој организам:^[7]

Мембранските рецепторни белковини спроведуваат сигнали помеѓу надворешната и внатрешната средина на клетката.
Мембранските транспортни белковини овозможуваат движење (транспорт) на различни молекули и јони низ мембраната.
Мембранските ензими можат да бидат оксидоредуктази, трансферази или хидролази.^[8]
Клеточни адхезивни молекули им овозможуваат на клетките да се препознаваат меѓусебе и да стапуваат во интеракција. Таков пример се белковините вклучени во имунолошкиот одговор.

Интегрални мембрански белковини

Шематски приказ на трансмембрански белковини: 1. еден трансмембрански α-завојница (битопична мембранска белковина) 2. политопна трансмембранска α-завојна белковина 3. политопна трансмембранска β-плочеста белковина
Мембраната е претставена со светло-кафена боја.

Интегралните мембрански белковини трајно се прицврстени и вградени во мембраната. Ваквите белковини можат да се одвојат од биолошките мембрани само со користење на детергенти, неполарни растворувачи, или понекогаш агенси за денатурација. Пример за ваков вид на белковина кој сè уште не е функционално карактеризиран е SMIM23. Интегралните мембрански белковини може да се класифицираат според нивната поврзаност со липидниот двослој:

Интегрални политопични белковини се трансмембрански белковини кои се протегаат низ мембраната повеќе од еднаш. Овие белковини можат да имаат различна трансмембранска топологија.^[9]^[10] Тие имаат една од следните две структурни архитектури:
- завоен сноп - присутни во сите видови на биолошки мембрани;
- бета-цилиндар - се наоѓаат само во надворешните мембрани на Грам-негативните бактерии, како и надворешните мембрани на митохондриите и хлоропластите.^[11]
Битопични белковини се трансмембрански белковини кои се протегаат низ мембраната само еднаш. Трансмембранските завојници кај овие белковини имаат значително различни дистрибуции на аминокиселините од политопичните белковини.^[12]
Интегрални монотопични белковини се интегрални мембрански белковини кои се прикачени само за едната страна на мембраната.

Периферни мембрански белковини

Шематски приказ на различни видови на интеракција помеѓу монотопични мембрански белковини и клеточната мембрана: 1. интеракција со амфипатична α-завојница, паралелна со рамнината на мембраната (порамнета мембранска завојница) 2. интеракција со хидрофобна петелка 3. интеракција со ковалентно-врзан мембрански липид (липидација) 4. електростатички или јонски интеракции со мембрански липиди (на пр. преку калциумов јон).

Периферните мембрански белковини се привремено прикачени или за липидниот двослој или за интегралните белковини со комбинација на хидрофобни, електростатички, и други не-ковалентни интеракции. Периферни белковини дисоцираат по третман со поларен реагенс, како раствори со покачена pH вредност или високи концентрации на соли.

Интегралните и периферните белковини можат да бидат пост-транслационо изменети, со додавање на масни киселини или пренилни јаглеводородни ланци, или GPI (гликозилфосфатидилинозитол), кои може да бидат вметнати во липидниот двослој.

Полипептидни токсини

Полипептидните токсини и многу антибактериски пептиди, како што се колицини или хемолизини, како и одредени белковини кои се вклучени во апоптозата, некогаш се сметаат за посебна категорија. Овие белковини се растворливи во вода, но можат да агрегираат и неповратно да се асоцираат со липидниот двослој и да станат повратно или неповратно поврзани за мембраната.

Во геномите

Голем дел од сите белковини се смета дека се мембрански белковини. На пример, околу 1000 од ~4200 белковини на E. coli се смета дека се мембрански белковини.^[13] Мембранската локализација е потврдена за повеќе од 600 од нив, по експериментален пат.^[13] Локализацијата на белковините во мембраните може да се предвиди многу сигурно со користење на анализи за хидрофобност на белковинските низи, односно локализацијата на низите на хидрофобните аминокиселини.

Поврзано

Наводи

↑ „Amphitropic proteins: regulation by reversible membrane interactions (review)“. Mol. Membr. Biol. 16 (3): 217–235. 1999. doi:10.1080/096876899294544. PMID 10503244.
↑ Alenghat, Francis J.; Golan, David E. (2013). „Membrane Protein Dynamics and Functional Implications in Mammalian Cells“. Current Topics in Membranes. Current Topics in Membranes. 72: 89–120. doi:10.1016/b978-0-12-417027-8.00003-9. ISBN 9780124170278. PMC 4193470. PMID 24210428.
↑ Andreeva, A (2014). „SCOP2 prototype: a new approach to protein structure mining“. Nucleic Acids Res. 42 (Database issue): D310–4. doi:10.1093/nar/gkt1242. PMC 3964979. PMID 24293656.
↑ „How many drug targets are there?“. Nat Rev Drug Discov. 5 (12): 993–6. December 2006. doi:10.1038/nrd2199. PMID 17139284.
↑ Krogh, A.; Larsson, B. R.; Von Heijne, G.; Sonnhammer, E. L. L. (2001). „Predicting transmembrane protein topology with a hidden markov model: Application to complete genomes“. Journal of Molecular Biology. 305 (3): 567–580. doi:10.1006/jmbi.2000.4315. PMID 11152613.
↑ ^6,0 ^6,1 Liszewski, Kathy (1 October 2015). „Dissecting the Structure of Membrane Proteins“. Genetic Engineering & Biotechnology News (paper). 35 (17): 1, 14, 16–17. doi:10.1089/gen.35.17.02.
↑ Almén, M.; Nordström, K. J.; Fredriksson, R.; Schiöth, H. B. (2009). „Mapping the human membrane proteome: A majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin“. BMC Biology. 7: 50. doi:10.1186/1741-7007-7-50. PMC 2739160. PMID 19678920.
↑ Yibin, Lin (2013). „The substitution of Arg149 with Cys fixes the melibiose transporter in an inward-open conformation“. Biochimica et Biophysica Acta. 1828 (8): 1690. doi:10.1016/j.bbamem.2013.03.003.
↑ Von Heijne, G. (2006). „Membrane-protein topology“. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 7 (12): 909–918. doi:10.1038/nrm2063. PMID 17139331.
↑ Gerald Karp (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons. стр. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Посетено на 13 November 2010.
↑ „Assembly of β-barrel proteins into bacterial outer membranes“. Biochimica et Biophysica Acta. 1843 (8): 1542–50. 2014. doi:10.1016/j.bbamcr.2013.10.009. PMID 24135059.
↑ Baker, James Alexander; Wong, Wing-Cheong; Eisenhaber, Birgit; Warwicker, Jim; Eisenhaber, Frank (2017). „Charged residues next to transmembrane regions revisited: "Positive-inside rule" is complemented by the "negative inside depletion/outside enrichment rule"“. BMC Biology. 15 (1): 66. doi:10.1186/s12915-017-0404-4.
↑ ^13,0 ^13,1 Daley, D. O.; Rapp, M; Granseth, E; Melén, K; Drew, D; von Heijne, G (2005). „Global topology analysis of the Escherichia coli inner membrane proteome“. Science. 308 (5726): 1321–3. doi:10.1126/science.1109730. PMID 15919996.

Надворешни врски

Организации

Конзорциум на структурна динамика на мембрански белковини (англиски)

Бази на податоци за мембрански белковини

TCDB - База на класификација на транспортери, сеопфатна класификација на трансмембрански транспортни белковини. (англиски)
Ориентации на белковини во мембрани (OPM) - База на податоци за 3D структури на интегрални и периферни мембрански белковини наредени во липидниот двослој. (англиски)
Белковинска банка на податоци за трансмембрански белковини - 3D модели на сите трансмембрански белковини во PDB. Приближните позиции на мембранските гранични рамнини се пресметуваат за секој PDB внес. (англиски)
TransportDB - База на податоци за транспортери од TIGR, геномски ориентирана. (англиски)
Мембрана PDB Архивирано на 3 август 2020 г. - База на податоци за 3D структури на интегрални мембрански белковини и хидрофобни пептиди со акцент на условите на кристализација. (англиски)
Mpstruc база на податоци Архивирано на 25 декември 2013 г. - Список на трансмембрански белковини со позната 3D структура. Список на трансмембрански белковини од Белковинска банка на податоци (Protein Data Bank) (англиски)
MemProtMD е база на податоци на околу 3000 мембрански белковински структури

[pmid10503244-1] „Amphitropic proteins: regulation by reversible membrane interactions (review)“. Mol. Membr. Biol. 16 (3): 217–235. 1999. doi:10.1080/096876899294544. PMID 10503244.

[2] Alenghat, Francis J.; Golan, David E. (2013). „Membrane Protein Dynamics and Functional Implications in Mammalian Cells“. Current Topics in Membranes. Current Topics in Membranes. 72: 89–120. doi:10.1016/b978-0-12-417027-8.00003-9. ISBN 9780124170278. PMC 4193470. PMID 24210428.

[3] Andreeva, A (2014). „SCOP2 prototype: a new approach to protein structure mining“. Nucleic Acids Res. 42 (Database issue): D310–4. doi:10.1093/nar/gkt1242. PMC 3964979. PMID 24293656.

[pmid17139284-4] „How many drug targets are there?“. Nat Rev Drug Discov. 5 (12): 993–6. December 2006. doi:10.1038/nrd2199. PMID 17139284.

[5] Krogh, A.; Larsson, B. R.; Von Heijne, G.; Sonnhammer, E. L. L. (2001). „Predicting transmembrane protein topology with a hidden markov model: Application to complete genomes“. Journal of Molecular Biology. 305 (3): 567–580. doi:10.1006/jmbi.2000.4315. PMID 11152613.

[:0-6] 6,0 ^6,1 Liszewski, Kathy (1 October 2015). „Dissecting the Structure of Membrane Proteins“. Genetic Engineering & Biotechnology News (paper). 35 (17): 1, 14, 16–17. doi:10.1089/gen.35.17.02.

[7] Almén, M.; Nordström, K. J.; Fredriksson, R.; Schiöth, H. B. (2009). „Mapping the human membrane proteome: A majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin“. BMC Biology. 7: 50. doi:10.1186/1741-7007-7-50. PMC 2739160. PMID 19678920.

[8] Yibin, Lin (2013). „The substitution of Arg149 with Cys fixes the melibiose transporter in an inward-open conformation“. Biochimica et Biophysica Acta. 1828 (8): 1690. doi:10.1016/j.bbamem.2013.03.003.

[9] Von Heijne, G. (2006). „Membrane-protein topology“. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 7 (12): 909–918. doi:10.1038/nrm2063. PMID 17139331.

[Karp2009-10] Gerald Karp (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons. стр. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Посетено на 13 November 2010.

[Selkrig2014-11] „Assembly of β-barrel proteins into bacterial outer membranes“. Biochimica et Biophysica Acta. 1843 (8): 1542–50. 2014. doi:10.1016/j.bbamcr.2013.10.009. PMID 24135059.

[12] Baker, James Alexander; Wong, Wing-Cheong; Eisenhaber, Birgit; Warwicker, Jim; Eisenhaber, Frank (2017). „Charged residues next to transmembrane regions revisited: "Positive-inside rule" is complemented by the "negative inside depletion/outside enrichment rule"“. BMC Biology. 15 (1): 66. doi:10.1186/s12915-017-0404-4.

[Daley-13] 13,0 ^13,1 Daley, D. O.; Rapp, M; Granseth, E; Melén, K; Drew, D; von Heijne, G (2005). „Global topology analysis of the Escherichia coli inner membrane proteome“. Science. 308 (5726): 1321–3. doi:10.1126/science.1109730. PMID 15919996.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]