Proteína de membrana

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Saltar ata a navegación Saltar á busca
Estrutura cristalina do canal de potasio Kv1.2/2.1 quimera. Os límites hidrocarbonados calculados da bicapa lipídica están indicados con puntos vermellos e azuis.

As proteínas de membrana son as proteínas que, xunto coa bicapa lipídica constitúen as membranas da célula. Son unha das tres principais clases de proteínas, xunto coas proteínas fibrosas e as globulares. As proteínas de membrana están unidas ou asociadas coa membrana plasmática ou coas dos orgánulos. Estas proteínas están especificamente destinadas a determinadas membranas de distintas partes da célula.[1] Son tamén o obxectivo de aproximadamente o 50% de todos os fármacos modernos.[2] Estímase que do 20-30% de todos os xenes na maioría dos xenomas codifican proteínas de membrana.[3]

Función[editar | editar a fonte]

As proteínas de membrana realizan varias funcións vitais para a supervivencia dos organismos. Poden ser:[4]

Topoloxía[editar | editar a fonte]

A topoloxía dunha proteína integral de membrana describe o número de segmentos transmembrana que posúe e a súa orientación na membrana.[5] Existen varias topoloxías diferentes nas proteínas de membrana:[6]

Unha forma de clasificar as proteínas de membrana depende da facilidade con que se extraen da membrana por procedementos físicos e químicos. Algunhas están fortemente unidas e integradas na bicapa lipídica da membrana (proteínas integrais), e outras están unidas máis feblemente á súa superficie e poden ser extraídas doadamente (proteínas periféricas). Esta é a clasificación que utilizaremos aquí. Unha forma de clasificalas lixeiramente distinta é dividilas en integrais e anfitrópicas.[7] As anfitrópicas son proteínas que poden existir en dous estados alternativos: un que é hidrosoluble e outro que está unido á bicapa lipídica. A clase das proteínas anfitrópicas inclúe as toxinas polipeptídicas que forman canais hidrosolubles, que se asocian irreversiblemente coas membranas, pero exclúe as proteínas periféricas que interaccionan con outras proteínas de membrana en vez de coa bicapa lipídica.

Proteínas integrais de membrana[editar | editar a fonte]

Representación esquemática de varios tipos de proteínas transmembrana: 1. Proteína de hélice α transmembrana simple (proteína de membrana bitópica). 2. Proteína de hélice α transmembrana politópica. 3. Proteína de folla β transmembrana politópica.
A membrana está representada de cor castaña clara.
Artigo principal: Proteína integral de membrana.

As proteínas integrais de membrana están permanentemente unidas á membrana. Só poden separarse da membrana usando deterxentes, solventes non polares, ou ás veces axentes desnaturalizantes. Poden clasificarse segundo a súa relación coa bicapa en:

Proteínas de membrana periféricas[editar | editar a fonte]

Representación esquemática dos diferentes tipos de interacción entre as proteínas de membrana monotópicas e a membrana: 1. Interacción por medio dunha hélice α anfipática paralela ao plano da membrana (hélice de membrana no plano). 2. Interacción por medio dun bucle hidrofóbico. 3. Interaction proteína-lípido por enlace covalente cun lípido de membrana (lipidación). 4. Interaccións electrostáticas ou iónicas con lípidos de membrana (por exemplo, por medio de ións calcio).

As proteínas periféricas de membrana están unidas temporalmente á bicapa lipídica da membrana ou a algunha proteína integral de membrana por unha combinación de interaccións hidrofóbicas, electrostáticas e outras non covalentes. As proteínas periféricas disócianse ao tratar a membrana con solventes polares, como unha solución cun elevado pH ou altas concentracións salinas.

As proteínas integrais e periféricas poden ser modificadas postraducionalmente, coa adición de ácidos graxos ou cadeas prenil, ou glicosilfosfatidilinositol (GPI), que pode estar ancorado na bicapa lipídica.

Toxinas polipeptídicas[editar | editar a fonte]

Artigo principal: Toxinas formadoras de poros.

As toxinas polipeptídicas e moitos péptidos antibacterianos, como as colicinas ou as hemolisinas, e certas proteínas implicadas na apoptose, son ás veces consideradas unha categoría separada. Estas proteínas son hidrosolubles pero poden agregarse e asociarse coa bicapa lipídica e quedar asociadas á membrana de forma reversible ou irreversible.

Estruturas en 3D[editar | editar a fonte]

Incremento do número de estruturas en 3D coñecidas de proteínas de membrana.

As estruturas terciarias máis comúns das proteínas de membrana son o empaquetamento en hélice (helix bundle) e o barril beta. A porción de proteínas de membrana que están unidas á bicapa lipídica consta só de aminoácidos hidrofóbicos. A porción da proteína que non está tocando a bicapa lipídica e asoma fóra da membrana está formada por aminoácidos hidrofílicos.[8]

As proteínas de membrana teñen superficies hidrofóbicas, son relativamente flexibles e exprésanse a un nivel relativamente baixo. Isto xera dificultades á hora de obter unha cantidade de proteína dabondo para poder cristalizala. Por tanto, malia a importancia funcional significativa das proteínas de membrana, é máis difícil determinar as súas estruturas de resolución atómica que as das proteínas globulares.[9] En xaneiro de 2013 menos do 0,1% das estruturas de proteínas que se determinaran eran proteínas de membrana a pesar de que son o 20-30% do proteoma total..[10]

Moitas das estruturas de proteínas de membrana obtidas con éxito foron caracterizadas por cristalografía de raios X e son estruturas moi grandes nas cales as interaccións con ambientes que imitan á membrana pode anticiparse que son pequenas en comparación coas que hai dentro da estrutura da proteína. Os dominios pequenos son especialmente sensibles á influencia de ambientes que imitan a membrana, o que potencialmente pode orixinar que se obteñan estruturas non nativas. Afortunadamente, poden elixirse moitas condicións de preparación das mostras para a cristalización e a solución por NMR. Toda a bioloxía estrutural das proteínas de membrana debería estar suxeita a un coidadoso exame. Debería ser posible, por medio dunha combinación de metodoloxías estruturais, chegar a unha comprensión do estado funcional nativo das estruturas das proteínas de membrana.[11] A información de coevolución aprovéitase con éxito para a predición de moitas estruturas de proteínas de membrana grandes.[12][13][14]

Debido a esta dificultade e á importancia deste tipo de proteínas, desenvolvéronse métodos de predición da estrutura de proteínas baseados en gráficos de hidropatía.[15][16]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Classification of membrane proteins with known 3D structure to different membrane types
  2. Overington JP, Al-Lazikani B, Hopkins AL (2006). "How many drug targets are there?". Nat Rev Drug Discov 5 (12): 993–6. PMID 17139284. doi:10.1038/nrd2199. 
  3. 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.
  4. 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.
  5. Von Heijne, G. (2006). "Membrane-protein topology". Nature Reviews Molecular Cell Biology 7 (12): 909–918. doi:10.1038/nrm2063. PMID 17139331.
  6. Gerald Karp (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons. pp. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Consultado o 13 November 2010. 
  7. Johnson JE, Cornell RB (1999). "Amphitropic proteins: regulation by reversible membrane interactions (review)". Mol. Membr. Biol. 16 (3): 217–235. PMID 10503244. doi:10.1080/096876899294544. 
  8. White, Stephen. "General Principle of Membrane Protein Folding and Stability." Stephen White Laboratory Homepage. 10 Nov. 2009. web.
  9. Carpenter, E. P.; Beis, K.; Cameron, A. D.; Iwata, S. (2008). "Overcoming the challenges of membrane protein crystallography". Current Opinion in Structural Biology 18 (5): 581–586. doi:10.1016/j.sbi.2008.07.001. PMC 2580798. PMID 18674618.
  10. Membrane Proteins of known 3D Structure
  11. Cross, Timothy, Mukesh Sharma, Myunggi Yi, Huan-Xiang Zhou (2010). "Influence of Solubilizing Environments on Membrane Protein Structures"
  12. Hopf TA, Colwell LJ, Sheridan R, Rost B, Sander C, Marks DS (2012). "Three-dimensional structures of membrane proteins from genomic sequencing" 149 (7): 1607–21. PMID 22579045. doi:10.1016/j.cell.2012.04.012. 
  13. Marks DS, Colwell LJ, Sheridan R; et al. (2011). "Protein 3D structure computed from evolutionary sequence variation" 6 (12): e28766. PMC 3233603. PMID 22163331. doi:10.1371/journal.pone.0028766. 
  14. Flock T, Venkatakrishnan A, Vinothkumar K, Babu MM (2012). "Deciphering membrane protein structures from protein sequences" 13 (6): 160. PMID 22738306. doi:10.1186/gb-2012-13-6-160. 
  15. Elofsson, A.; Heijne, G. V. (2007). "Membrane Protein Structure: Prediction versus Reality". Annual Review of Biochemistry 76: 125–140. doi:10.1146/annurev.biochem.76.052705.163539. PMID 17579561.
  16. State of the art in membrane protein prediction
  • White, Stephen. “General Principle of Membrane Protein Folding and Stability.” Stephen White Laboratory Homepage. 10 Nov. 2009. web.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Organizacións[editar | editar a fonte]

Bases de datos de proteínas de membrana[editar | editar a fonte]

Bibliografía[editar | editar a fonte]