Интегральный или внутренний мембранный белок ( ИМБ ) [1] — это тип мембранного белка , который постоянно прикреплен к биологической мембране . Все трансмембранные белки можно классифицировать как ИМБ, но не все ИМБ являются трансмембранными белками. [2] ИМБ составляют значительную часть белков, кодируемых в геноме организма . [3] Белки , которые пересекают мембрану, окружены кольцевыми липидами , которые определяются как липиды, находящиеся в прямом контакте с мембранным белком. Такие белки можно отделить от мембран только с помощью детергентов , неполярных растворителей или иногда денатурирующих агентов.
Белки, которые только временно прилипают к клеточным мембранам, известны как периферические мембранные белки . Эти белки могут либо ассоциироваться с интегральными мембранными белками, либо независимо встраиваться в липидный бислой несколькими способами.
Трехмерные структуры ~160 различных интегральных мембранных белков были определены с атомным разрешением с помощью рентгеновской кристаллографии или ядерной магнитно-резонансной спектроскопии . Они являются сложными объектами для изучения из-за трудностей, связанных с экстракцией и кристаллизацией. Кроме того, структуры многих водорастворимых белковых доменов ИМФ доступны в Банке данных белков . Их мембранно-заякоривающие α -спирали были удалены для облегчения экстракции и кристаллизации . Поиск интегральных мембранных белков в PDB (на основе классификации онтологии генов )
ИП можно разделить на две группы:
Наиболее распространенным типом ИМФ является трансмембранный белок , который охватывает всю биологическую мембрану . Однопроходные мембранные белки пересекают мембрану только один раз, в то время как многопроходные мембранные белки вплетаются и выталкиваются, пересекая мембрану несколько раз. Однопроходные мембранные белки можно разделить на тип I, которые расположены таким образом, что их карбоксильный конец направлен к цитозолю , или тип II, которые имеют свой аминоконец к цитозолю. Белки типа III имеют несколько трансмембранных доменов в одном полипептиде, в то время как тип IV состоит из нескольких различных полипептидов, собранных вместе в канале через мембрану. Белки типа V прикреплены к липидному бислою через ковалентно связанные липиды. Наконец, белки типа VI имеют как трансмембранные домены, так и липидные якоря. [4]
Интегральные монотопные белки связаны с мембраной с одной стороны, но не охватывают липидный бислой полностью.
Многие проблемы, с которыми сталкивается изучение интегральных мембранных белков, связаны с извлечением этих белков из фосфолипидного бислоя . Поскольку интегральные белки охватывают ширину фосфолипидного бислоя, их извлечение включает разрушение окружающих их фосфолипидов , не вызывая никаких повреждений, которые могли бы нарушить функцию или структуру белков. Существует несколько успешных методов проведения извлечения, включая использование «детергентов, низкоионной соли (высаливание), сдвигающего усилия и быстрого изменения давления». [5]
Инициатива по структуре белка (PSI), финансируемая Национальным институтом общих медицинских наук США (NIGMS), частью Национальных институтов здравоохранения (NIH), имеет среди своих целей определение трехмерных структур белков и разработку методов для использования в структурной биологии , в том числе для мембранных белков. Моделирование гомологии может быть использовано для построения модели атомного разрешения «целевого» интегрального белка из его аминокислотной последовательности и экспериментальной трехмерной структуры родственного гомологичного белка. Эта процедура широко использовалась для лиганд - G-белок–связанных рецепторов (GPCR) и их комплексов. [6]
IMP включают транспортеры , линкеры, каналы , рецепторы , ферменты , структурные домены, закрепляющие мембрану, белки, участвующие в накоплении и передаче энергии , и белки, отвечающие за клеточную адгезию . Классификацию транспортеров можно найти в Базе данных классификации транспортеров . [7]
Ниже проиллюстрирован пример взаимосвязи между ИМФ (в данном случае бактериальным фотоулавливающим пигментом, бактериородопсином) и мембраной, образованной фосфолипидным бислоем. В этом случае интегральный мембранный белок охватывает фосфолипидный бислой семь раз. Часть белка, которая встроена в гидрофобные области бислоя, является альфа-спиральной и состоит преимущественно из гидрофобных аминокислот. Концевой C-конец белка находится в цитозоле, а N-концевой участок — снаружи клетки. Мембрана, которая содержит этот конкретный белок, способна функционировать в фотосинтезе. [8]
Примеры интегральных мембранных белков: