Трансмембранный домен (TMD) — это домен белка , пронизывающий мембрану . TMD могут состоять из одной или нескольких альфа-спиралей или трансмембранного бета-ствола . Поскольку внутренняя часть липидного бислоя гидрофобна , аминокислотные остатки в TMD часто гидрофобны, хотя такие белки, как мембранные насосы и ионные каналы, могут содержать полярные остатки. TMD сильно различаются по размеру и гидрофобности ; они могут приобретать свойства, специфичные для органелл. [1]
Известно, что трансмембранные домены выполняют множество функций. К ним относятся:
.png/1280px-AMPA_receptor(cropped).png)
Трансмембранные спирали видны в структурах мембранных белков, определенных с помощью рентгеновской дифракции . Их также можно предсказать на основе шкал гидрофобности . Поскольку внутренняя часть бислоя и внутренняя часть большинства белков известной структуры являются гидрофобными , предполагается, что аминокислоты, которые охватывают мембрану, должны быть также гидрофобными. Однако мембранные насосы и ионные каналы также содержат многочисленные заряженные и полярные остатки внутри обычно неполярных трансмембранных сегментов.
Использование «анализа гидрофобности» для прогнозирования трансмембранных спиралей позволяет, в свою очередь, прогнозировать «трансмембранную топологию» белка, то есть предсказывать, какие его части выступают в клетку, какие части выступают наружу и сколько раз белковая цепь пересекает мембрану.
Трансмембранные спирали также можно идентифицировать in silico с помощью биоинформатического инструмента TMHMM. [4]
Поскольку трансляция белка происходит в цитозоле ( водной среде), требуются факторы, которые распознают TMD и защищают их в этой враждебной среде. Также требуются дополнительные факторы, которые позволяют TMD быть включенным в целевую мембрану (т. е. эндоплазматический ретикулум или другие органеллы). [5] Факторы также обнаруживают неправильное сворачивание TMD внутри мембраны и выполняют функции контроля качества. Эти факторы должны быть способны распознавать высоковариабельный набор TMD и могут быть разделены на те, которые активны в цитозоле или активны в мембране. [5]
Считается, что цитозольные факторы распознавания используют две различные стратегии. [5] В котрансляционной стратегии распознавание и экранирование связаны с синтезом белка. Исследования ассоциаций по всему геному показывают, что большинство мембранных белков, нацеленных на эндоплазматический ретикулум, обрабатываются частицей распознавания сигнала , которая связана с рибосомным выходным туннелем и инициирует распознавание и экранирование по мере трансляции белка. Вторая стратегия включает в себя белки, закрепленные на хвосте, определяемые одним TMD, расположенным близко к карбоксильному концу мембранного белка. После завершения трансляции закрепленный на хвосте TMD остается в рибосомном выходном туннеле, а АТФаза опосредует нацеливание на эндоплазматический ретикулум. Примерами челночных факторов являются TRC40 у высших эукариот и Get3 у дрожжей. Кроме того, общие факторы связывания TMD защищают от агрегации и других разрушающих взаимодействий. SGTA и кальмодулин являются двумя хорошо известными общими факторами связывания TMD. Контроль качества мембранных белков осуществляется с помощью факторов связывания TMD, которые связаны с системой убиквитинирования протеасом .
После транспортировки факторы помогают вставке TMD через гидрофильную фосфатную группу «головки» фосфолипидной мембраны. [5] Факторы контроля качества должны быть способны различать функцию и топологию, а также облегчать извлечение в цитозоль. Частица распознавания сигнала переносит мембранные белки в канал транслокации Sec , располагая выходной туннель рибосомы проксимальнее центральной поры транслокона и минимизируя воздействие TMD на цитозоль. Инсертазы также могут опосредовать вставку TMD в липидный бислой . Инсертазы включают бактериальный YidC, митохондриальный Oxa1 и хлоропластный Alb3, все из которых эволюционно связаны. Консервативные семейства ферментов Hrd1 и Derlin являются примерами мембраносвязанных факторов контроля качества.