stringtranslate.com

Мембранный белок

Мембранные белковые комплексы фотосинтеза в тилакоидной мембране

Мембранные белки — это распространенные белки , которые являются частью биологических мембран или взаимодействуют с ними . Мембранные белки делятся на несколько широких категорий в зависимости от их расположения. Интегральные мембранные белки являются постоянной частью клеточной мембраны и могут либо проникать через мембрану ( трансмембранные ), либо связываться с одной или другой стороной мембраны ( интегральные монотопные ). Периферические мембранные белки временно связаны с клеточной мембраной.

Мембранные белки широко распространены и важны с медицинской точки зрения — около трети всех человеческих белков являются мембранными белками, и они являются мишенями для более чем половины всех лекарственных препаратов. [1] Тем не менее, по сравнению с другими классами белков, определение структур мембранных белков остается сложной задачей во многом из-за сложности установления экспериментальных условий, которые могут сохранить правильную ( нативную ) конформацию белка в изоляции от его нативной среды.

Функция

Мембранные белки выполняют ряд функций, жизненно важных для выживания организмов: [2]

Локализацию белков в мембранах можно надежно предсказать с помощью анализа гидрофобности белковых последовательностей, т. е. локализации гидрофобных аминокислотных последовательностей.

Интегральные мембранные белки

Схематическое изображение трансмембранных белков : 1. одиночная трансмембранная α-спираль (битопный мембранный белок) 2. политопный трансмембранный α-спиральный белок 3. политопный трансмембранный β-листовой белок
Мембрана представлена ​​светло-коричневым цветом.

Интегральные мембранные белки постоянно прикреплены к мембране. Такие белки могут быть отделены от биологических мембран только с помощью детергентов , неполярных растворителей или иногда денатурирующих агентов. [ необходима цитата ] Их можно классифицировать в соответствии с их связью с бислоем :

Периферические мембранные белки

Схематическое изображение различных типов взаимодействия между монотопными мембранными белками и клеточной мембраной : 1. взаимодействие посредством амфипатической α-спирали, параллельной плоскости мембраны (внутриплоскостная мембранная спираль); 2. взаимодействие посредством гидрофобной петли; 3. взаимодействие посредством ковалентно связанного мембранного липида ( липидирование ); 4. электростатические или ионные взаимодействия с мембранными липидами ( например, через ион кальция ).

Периферические мембранные белки временно прикреплены либо к липидному бислою , либо к интегральным белкам с помощью комбинации гидрофобных , электростатических и других нековалентных взаимодействий. Периферические белки диссоциируют после обработки полярным реагентом, таким как раствор с повышенным pH или высокой концентрацией соли. [ необходима цитата ]

Интегральные и периферические белки могут быть посттрансляционно модифицированы с добавлением жирных кислот , диацилглицерина [8] или прениловых цепей, или GPI (гликозилфосфатидилинозитола), которые могут быть закреплены в липидном бислое.

Полипептидные токсины

Полипептидные токсины и многие антибактериальные пептиды , такие как колицины или гемолизины , а также некоторые белки, участвующие в апоптозе , иногда рассматриваются как отдельная категория. Эти белки водорастворимы , но могут претерпевать значительные конформационные изменения , образовывать олигомерные комплексы и необратимо или обратимо связываться с липидным бислоем .

В геномах

Мембранные белки, такие как растворимые глобулярные белки , фибриллярные белки и неупорядоченные белки , являются распространенными. [9] По оценкам, 20–30% всех генов в большинстве геномов кодируют мембранные белки. [10] [11] Например, около 1000 из ~4200 белков E. coli считаются мембранными белками, 600 из которых экспериментально подтверждены как резидентные мембраны. [12] У людей современные представления предполагают, что целых 30% генома кодируют мембранные белки. [13]

В болезни

Мембранные белки являются мишенями более 50% всех современных лекарственных препаратов . [1] Среди заболеваний человека, в которых участвуют мембранные белки, — болезни сердца , болезнь Альцгеймера и муковисцидоз . [13]

Очистка мембранных белков

Хотя мембранные белки играют важную роль во всех организмах, их очистка исторически была и продолжает оставаться огромной проблемой для ученых, изучающих белки. В 2008 году было доступно 150 уникальных структур мембранных белков [14] , а к 2019 году были выяснены структуры только 50 человеческих мембранных белков. [13] Напротив, приблизительно 25% всех белков являются мембранными белками. [15] Их гидрофобные поверхности затрудняют структурную и особенно функциональную характеристику. [13] [16] Для того чтобы сделать мембранные белки водорастворимыми , можно использовать детергенты , но они также могут изменять структуру и функцию белка. [13] Сделать мембранные белки водорастворимыми также можно путем конструирования последовательности белка, заменив выбранные гидрофобные аминокислоты гидрофильными , уделяя большое внимание сохранению вторичной структуры при пересмотре общего заряда. [13]

Аффинная хроматография является одним из лучших решений для очистки мембранных белков. Полигистидиновая метка является широко используемой меткой для очистки мембранных белков, [17] и альтернативная метка rho1D4 также успешно использовалась. [18] [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Overington JP, Al-Lazikani B, Hopkins AL (декабрь 2006 г.). «Сколько существует целей для лекарств?». Nature Reviews. Drug Discovery (Мнение). 5 (12): 993–6. doi :10.1038/nrd2199. PMID  17139284. S2CID  11979420.
  2. ^ Almén MS, Nordström KJ, Fredriksson R, Schiöth HB (август 2009 г.). «Картирование протеома мембраны человека: большинство белков мембраны человека можно классифицировать по функции и эволюционному происхождению». BMC Biology . 7 : 50. doi : 10.1186/1741-7007-7-50 . PMC 2739160 . PMID  19678920. 
  3. ^ Лин Ю, Фюрст О, Гранелл М, Леблан Г, Лоренц-Фонфриа В, Падрос Э (август 2013 г.). «Замена Arg149 на Cys фиксирует транспортер мелибиозы в открытой внутрь конформации». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1828 (8): 1690–9. дои : 10.1016/j.bbamem.2013.03.003 . PMID  23500619 – через Elsevier Science Direct.Значок открытого доступа
  4. ^ von Heijne G (декабрь 2006 г.). «Топология мембранных белков». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 7 (12): 909–18. doi :10.1038/nrm2063. PMID  17139331. S2CID  22218266.
  5. ^ Джеральд Карп (2009). Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты . John Wiley and Sons . стр. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Получено 13 ноября 2010 г. – через Google Books .
  6. ^ Selkrig J, Leyton DL, Webb CT, Lithgow T (август 2014 г.). «Сборка белков β-цилиндра в бактериальные наружные мембраны». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1843 (8): 1542–50. doi : 10.1016/j.bbamcr.2013.10.009 . PMID  24135059 – через Elsevier Science Direct .
  7. ^ Baker JA, Wong WC, Eisenhaber B, Warwicker J, Eisenhaber F (июль 2017 г.). «Заряженные остатки рядом с трансмембранными областями пересмотрены: «правило положительного внутреннего заряда» дополняется «правилом отрицательного внутреннего истощения/наружного обогащения»». BMC Biology . 15 (1): 66. doi : 10.1186/s12915-017-0404-4 . PMC 5525207 . PMID  28738801. Значок открытого доступа
  8. ^ Sun C, Benlekbir S, Venkatakrishnan P, Wang Y, Hong S, Hosler J, Tajkhorshid E, Rubinstein JL, Gennis RB (май 2018 г.). «Структура альтернативного комплекса III в суперкомплексе с цитохромоксидазой». Nature . 557 (7703): 123–126. Bibcode :2018Natur.557..123S. doi :10.1038/s41586-018-0061-y. PMC 6004266 . PMID  29695868. 
  9. ^ Андреева А., Хоуорт Д., Чотия С., Кулеша Е., Мурзин АГ. (январь 2014 г.). "Прототип SCOP2: новый подход к анализу структуры белка". Nucleic Acids Research . 42 (выпуск базы данных): D310-4. doi :10.1093/nar/gkt1242. PMC 3964979. PMID  24293656 . 
  10. ^ Лишевски К (1 октября 2015 г.). «Раскрытие структуры мембранных белков». Genetic Engineering & Biotechnology News (статья). 35 (17): 1, 14, 16–17. doi :10.1089/gen.35.17.02.
  11. ^ Krogh A , Larsson B, von Heijne G , Sonnhammer EL (январь 2001 г.). «Предсказание топологии трансмембранного белка с помощью скрытой марковской модели: применение к полным геномам» (PDF) . Journal of Molecular Biology . 305 (3): 567–80. doi :10.1006/jmbi.2000.4315. PMID  11152613. S2CID  15769874. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-08-04 – через Semantic Scholar .Значок открытого доступа
  12. ^ Daley DO, Rapp M, Granseth E, Melén K, Drew D, von Heijne G (май 2005 г.). «Глобальный топологический анализ протеома внутренней мембраны Escherichia coli». Science (Report). 308 (5726): 1321–3. Bibcode :2005Sci...308.1321D. doi :10.1126/science.1109730. PMID  15919996. S2CID  6942424.Значок открытого доступа
  13. ^ abcdef Мартин, Джозеф; Сойер, Эбигейл (2019). «Выяснение структуры мембранных белков». Tech News. BioTechniques (печатная версия). 66 (4). Future Science: 167–170. doi : 10.2144/btn-2019-0030 . PMID  30987442.Значок открытого доступа
  14. ^ Карпентер Э.П., Бейс К., Кэмерон А.Д., Ивата С. (октябрь 2008 г.). «Преодоление трудностей кристаллографии мембранных белков». Current Opinion in Structural Biology . 18 (5): 581–6. doi :10.1016/j.sbi.2008.07.001. PMC 2580798. PMID  18674618 . 
  15. ^ Krogh A, Larsson B, von Heijne G, Sonnhammer EL (январь 2001 г.). «Предсказание топологии трансмембранного белка с помощью скрытой марковской модели: применение к полным геномам» (PDF) . Journal of Molecular Biology . 305 (3): 567–80. doi :10.1006/jmbi.2000.4315. PMID  11152613. S2CID  15769874. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-08-04 – через Semantic Scholar.Значок открытого доступа
  16. ^ Rawlings AE (июнь 2016 г.). «Мембранные белки: всегда неразрешимая проблема?». Biochemical Society Transactions . 44 (3): 790–5. doi :10.1042/BST20160025. PMC 4900757. PMID  27284043 . 
  17. ^ Hochuli E, Bannwarth W, Döbeli H, Gentz ​​R, Stüber D (ноябрь 1988 г.). «Генетический подход к облегчению очистки рекомбинантных белков с помощью нового адсорбента хелатных металлов». Nature Biotechnology . 6 (11): 1321–1325. doi :10.1038/nbt1188-1321. S2CID  9518666.
  18. ^ Locatelli-Hoops SC, Gorshkova I, Gawrisch K, Yeliseev AA (октябрь 2013 г.). «Экспрессия, поверхностная иммобилизация и характеристика функционального рекомбинантного каннабиноидного рецептора CB2». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1834 (10): 2045–56. doi : 10.1016/j.bbapap.2013.06.003. PMC 3779079. PMID  23777860. 
  19. ^ Cook BL, Steuerwald D, Kaiser L, Graveland-Bikker J, Vanberghem M, Berke AP, Herlihy K, Pick H, Vogel H, Zhang S (июль 2009 г.). «Масштабное производство и изучение синтетического рецептора, связанного с G-белком: человеческий обонятельный рецептор 17-4». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (29): 11925–30. Bibcode : 2009PNAS..10611925C. doi : 10.1073/pnas.0811089106 . PMC 2715541. PMID  19581598 . 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите информацию о мембранном белке в Викисловаре, бесплатном словаре.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Мембранные белки» .

Организации

Базы данных мембранных белков