Трансмембранни рецептори. Трансмембранен протеин Крайният продукт на трансмембранните протеини

: характеристики и структурни принципи

1. Структура на мембранните протеини

Основната роля на липидите в мембраните е да стабилизират двуслойната структура, а протеините са активни компоненти на биомембраните. Ще обсъдим някои принципи, които са се оказали полезни при изясняване на структурните характеристики на мембранните протеини. Ще дадем примери, за да илюстрираме тези принципи.

В зората на развитието на мембранологията се смяташе, че мембранните протеини са доста хомогенни по своята структура и са разположени под формата на 3 слоя върху повърхността на двуслойния слой. Сега сме по-склонни да вярваме, че поне за трансмембранните протеини онези части от тях, които са потопени в мембраната, съдържат α-спирали. Разбира се, много бих искал да направя някои недвусмислени изводи по този въпрос, но те трябва да се основават на фактически данни. В лицето на огромното структурно разнообразие на разтворимите протеини се стига до заключението, че интегралните мембранни протеини може да са много по-сложни, отколкото си представяме в момента. Класификацията на разтворимите протеини по тип структура беше извършена едва след като структурите на повече от 100 различни протеини бяха определени с висока разделителна способност. Що се отнася до трансмембранните протеини, това е направено само в един случай - за протеина на фотосинтетичния реакционен център на бактериите. Заедно с електронни микроскопски данни с ниска разделителна способност за структурата на бактериородопсин, това е единственият източник, на който могат да се базират модели за повечето други трансмембранни протеини.

Друг важен момент са методите за прикрепване на протеини към мембраната. Те са показани схематично на фиг. 3.1.

1. Свързване с протеини, потопени в двойния слой. Примерите включват Fi частта на H + -ATPase, която се свързва с Fo частта, вградена в мембраната; Някои цитоскелетни протеини също могат да бъдат споменати.

2. Свързване към двуслойната повърхност. Това взаимодействие е предимно електростатично или хидрофобно по природа. На повърхността на някои мембранни протеини има хидрофобни домени, образувани поради характеристиките на вторичната или третичната структура. Тези повърхностни взаимодействия могат да се използват в допълнение към други взаимодействия, като например трансмембранно закотвяне.

3. Връзване с помощта на хидрофобна „котва”; тази структура обикновено се разкрива като последователност от неполярни аминокиселинни остатъци. Някои мембранни протеини използват ковалентно свързани мастни киселини или фосфолипиди като котви.

4. Трансмембранни протеини. Някои от тях преминават мембраната само веднъж, други няколко пъти.

Разликите между протеините на външната и вътрешната мембрана не определят еднозначно метода на тяхното прикрепване към двуслойния слой; тези различия определят само относителната сила на тяхното свързване.

2. Пречистване на мембранни протеини

За пречистване на интегрални мембранни протеини и получаването им в биохимично активна форма са необходими детергенти за разтваряне на протеините и запазването им в разтвор. Свързаните изисквания за детергент и манипулирането поставят допълнителни предизвикателства извън тези, които обикновено се срещат при пречистването на протеини. Разработени са много специфични методи за изолиране на интегрални мембранни протеини, но повечето схеми за пречистване се основават на същите хроматографски и хидродинамични техники, използвани за разтворими протеини. Това е хроматография върху DEAE-целулоза, сефароза или хидроксил-патит, гел филтрация, центрофугиране в градиент на плътност на захароза и др. Правилният избор на детергент е много важен, тъй като детергентът е този, който разрушава биомембраната, заемайки мястото на липидите около конкретен протеин и определя стабилността на протеина в разтвор. Механизмите на действие на детергентите са разгледани в прегледа.

2.1. ПЕРИЛНИ ПРЕПАРАТИ

През последните две десетилетия станаха достъпни голям брой детергенти, подходящи за пречистване на интегрални мембранни протеини. По принцип трябва да се опитаме да намерим детергент, който няма да наруши вторичните и третичните структури на мембранните протеини, но само ще замени повечето или всички мембранни липиди в контакт с хидрофобните области на протеиновата молекула. Крайната цел на солюбилизацията е да се включи протеинът в мицела на детергента; последващата стратегия за пречистване е да се отделят такива комплекси протеин-детергент.

Първият проблем е изборът на оптимални условия за разтваряне на изследвания протеин. Детергентите за денатуриране на протеини не са подходящи за тази деликатна задача. От друга страна, много детергенти не разрушават ефективно мембраните и образуват смесени мицели, съдържащи протеини. Такива детергенти могат да бъдат или твърде хидрофобни, или твърде хидрофилни, за да се смесят ефективно с мембранните липиди и, ако тяхната концентрация е достатъчно висока, да превърнат двойния слой в глобуларни смесени мицели. Първоначално се надявахме, че изборът на необходимия детергент може да бъде систематизиран с помощта на един параметър, наречен хидрофилно-липофилен баланс. Този параметър, вариращ от 1 до 20, се използва при получаването на повърхностноактивни вещества като мярка за относителна хидрофобност. Наистина са получени някои корелации, от които следва, че стойността на HLB на даден детергент може да се използва за прогнозиране на поведението му в биологични системи. Най-общо казано, детергенти с HLB стойност в диапазона от 12,5 до 14,5 може да се каже, че са най-ефективните разтворители за интегрални мембранни протеини. Впоследствие обаче стана ясно, че търсенето на оптимални детергенти за определен мембранен протеин изисква отчитане на много фактори и винаги трябва да бъде придружено от емпирично тестване. Трябва да се има предвид следното.

1.Максимално разтваряне на изследвания протеин. Критерият е прехвърлянето на протеин в супернатантата след центрофугиране, по време на което мембраната се утаява.

2. Разтваряне на протеина в желаната форма. Обикновено говорим за запазване на ензимната му активност, но понякога се използват определени спектрални характеристики или наличието на специфични протеинови асоциати. В допълнение, стабилността на протеина след разтваряне е предпоставка. В някои случаи екзогенни фосфолипиди се добавят заедно с детергента за поддържане на биохимичната активност. Пример е производството на лактозна пермеаза и протеин на натриевия канал на Е. coli. Понякога се добавя глицерол или друг полиол за стабилизиране на протеина след разтваряне. Има смисъл също да се използват протеазни инхибитори и да се извършва солюбилизация при условия, които минимизират вероятността от тяхното протеолитично разграждане.

3. Възможност за използване на препарат в тази техника. Необходимо е преди всичко да се вземе предвид зарядът на детергента, поведението при дадена стойност на pH, CMC и размера на мицелите на детергента. Последните свойства са особено важни. Детергентите с ниско CMC, които образуват големи мицели, не се отстраняват чрез диализа или ултрафилтрация, тъй като концентрацията на мономерите на детергента е твърде ниска. На практика това означава, че ако протеинът се концентрира чрез ултрафилтрация, концентрацията на детергент с ниско съдържание на CMC също ще се увеличи, което може да доведе до денатурация на протеина. Поради тази причина много изследователи предпочитат да използват детергенти с високи CMC, като октил глюкозид, жлъчни соли или по-модерни цвитерионни детергенти. Полистиренови смоли, като Biobidz SM-2, са много ценни. Те селективно се свързват с детергенти като Triton X-100, отстраняват ги от разтвора и правят възможно напълно без диализа. Друг фактор, който трябва да имате предвид, е абсорбцията на светлина от перилния препарат. Някои детергенти, като Triton X-100, абсорбират в близкия UV диапазон, което прави невъзможно определянето на протеиновата концентрация чрез измерване на абсорбцията при 280 nm.

Като се вземат предвид всички тези фактори, става ясно защо в много случаи е необходимо да се използват различни детергенти при изолиране на интегрални мембранни протеини. Например, Triton X-100 може да се използва за разтваряне, но разделянето с DEAE-целулоза е най-добре да се извърши в присъствието на октил глюкозид. Детергентите могат да бъдат сменени на етапа на хроматография, по време на центрофугиране с градиент на плътност и в някои случаи чрез диализа. Трябва да се има предвид, че детергент, който не е подходящ за разтваряне на конкретен протеин, може да бъде много ефективен за поддържане на протеина в разтвор след смяна на детергента. Пречистването почти винаги трябва да се извършва с излишък от детергент в разтвор, в противен случай равновесието ще бъде изместено към агрегацията на мембранните протеини, а не към образуването на комплекси протеин-детергент. В някои случаи такова агрегиране може дори да е желателно и крайната стъпка на пречистване може да бъде отстраняването на детергента. Но, като правило, при липса на детергент се появяват необратими утайки и загуба на протеини.

Необходимостта да се поддържа концентрация на детергент на определено ниво създава допълнителни трудности извън тези, които обикновено се срещат при пречистването на протеини; За някои от тях вече говорихме. Проблеми възникват и при използване на стандартния метод на изсоляване при високи концентрации на амониев сулфат: в много случаи протеинът се утаява в комбинация с детергента и липида. Тъй като физиологичният разтвор има висока плътност и детергентът в агрегата е относително нисък, по време на центрофугирането утайката ще остане на повърхността. Важно е да запомните, че комплексите протеин-детергент подлежат на пречистване, често със значително количество свързан фосфолипид. Това се отразява на качеството на разделяне по време на хроматографията, както и на резултатите от характеризирането на крайните про-разтворими протеини; необходимо е да се определи броят и молекулното тегло на полипептидните субединици, тяхната стехиометрия, размер и, евентуално, форма на молекула, както и, ако е необходимо, биохимична активност.

Липидите в мембраните са отговорни преди всичко за техните структурни свойства - те създават двуслой, или матрица, в която са разположени активните компоненти на мембраната - протеини. Именно протеините придават на различните мембрани тяхната уникалност и осигуряват специфични свойства. Множество мембранни протеини изпълняват следните основни функции: определят преноса на вещества през мембраните (транспортни функции), извършват катализа, осигуряват процесите на фото- и окислително фосфорилиране, репликация на ДНК, транслация и модификация на протеини, приемане и предаване на сигнали нервни импулси и др.

Прието е мембранните протеини да се разделят на 2 групи: интегрална(вътрешен) и периферен(външен). Критерият за такова разделяне е степента на сила на свързване на протеина към мембраната и, съответно, степента на тежест на обработката, необходима за извличане на протеина от мембраната. По този начин периферните протеини могат да бъдат освободени в разтвор дори когато мембраните се измиват с буферни смеси с ниска йонна сила, ниски стойности на pH в присъствието на хелатиращи вещества, като етилендиаминтетраацетат (EDTA), които свързват двувалентни катиони. Периферните протеини се освобождават от мембраните при такива меки условия, защото са свързани с липидните глави или с други мембранни протеини, използвайки слаби електростатични взаимодействия, или с хидрофобни взаимодействия с липидните опашки. Напротив, интегралните протеини са амфифилни молекули, имат големи хидрофобни участъци на повърхността си и са разположени вътре в мембраната, така че тяхното извличане изисква разрушаване на двойния слой. За тези цели най-често се използват детергенти или органични разтворители. Методите за прикрепване на протеини към мембраната са доста разнообразни (фиг. 4.8).

Транспортни протеини. Липидният двоен слой е непропусклива бариера за повечето водоразтворими молекули и йони и техният транспорт през биомембраните зависи от активността на транспортните протеини. Има два основни вида от тези протеини: канали(пори) и носители. Каналите са тунели, пресичащи мембраната, в които местата за свързване на транспортирани вещества са достъпни на двете повърхности на мембраната едновременно. Каналите не претърпяват конформационни промени по време на транспортирането на веществата, тяхната конформация се променя само при отваряне и затваряне. Носителите, напротив, променят своята конформация по време на преноса на вещества през мембраната. Освен това във всеки даден момент мястото на свързване на транспортираното вещество в носителя е достъпно само на една повърхност на мембраната.

Каналите от своя страна могат да бъдат разделени на две основни групи: зависими от напрежението и химически регулирани. Пример за потенциално зависим канал е Na + каналът, неговата работа се регулира чрез промяна на напрежението на електрическото поле. С други думи, тези канали се отварят и затварят в отговор на промяната трансмембранен потенциал. Химически регулирани канали

отварят и затварят в отговор на свързването на специфични химични агенти. Например, никотиновият ацетилхолинов рецептор, когато невротрансмитер се свърже с него, преминава в отворена конформация и позволява на моновалентните катиони да преминат през него (подраздел 4.7 на тази глава). Термините „пора“ и „канал“ обикновено се използват взаимозаменяемо, но порите по-често се разбират като неселективни структури, които разграничават веществата главно по размер и позволяват преминаването на всички достатъчно малки молекули. Каналите често се разбират като йонни канали. Скоростта на транспортиране през отворения канал достига 10 6 - 10 8 йони в секунда.

Транспортьорите също могат да бъдат разделени на 2 групи: пасивни и активни. С помощта на пасивни носители през мембраната се транспортира един вид вещество. Пасивните транспортьори участват в улеснена дифузияи само увеличават потока на вещества по електрохимичен градиент (например пренос на глюкоза през мембраните на еритроцитите). Активните носители транспортират вещества през мембраната, използвайки енергия. Тези транспортни протеини натрупват вещества от едната страна на мембраната, транспортирайки ги срещу електрохимичния градиент. Скоростта на транспортиране с носачи зависи много от техния тип и варира от 30 до 10 5 s -1. Термините "пермеаза" и "транслоказа" често се използват за обозначаване на отделни транспортери, които могат да се считат за синоним на термина "транспортер".

Ензимни функции на мембранните протеини. Голям брой различни ензими функционират в клетъчните мембрани. Някои от тях са локализирани в мембраната, намирайки там подходяща среда за трансформация на хидрофобни съединения, други, благодарение на участието на мембраните, са разположени в тях в строг ред, катализирайки последователни етапи на жизненоважни процеси, докато други се нуждаят от помощ на липиди за стабилизиране на тяхната конформация и поддържане на активността. В биомембрани са открити ензими – представители на всички известни класове. Те могат да проникнат през мембраната, да присъстват в нея в разтворена форма или, като периферни протеини, да се свързват с повърхностите на мембраната в отговор на всеки сигнал. Могат да се разграничат следните характерни типове мембранни ензими:

1) трансмембранни ензими, които катализират свързани реакции от противоположните страни на мембраната. Тези ензими обикновено имат няколко активни центъра, разположени от противоположните страни на мембраната. Типични представители на такива ензими са компоненти на дихателната верига или фотосинтетични окислително-възстановителни центрове, които катализират окислително-възстановителни процеси, свързани с транспорта на електрони и създаването на йонни градиенти върху мембраната;

2) трансмембранни ензими, участващи в транспорта на вещества. Транспортните протеини, които свързват преноса на вещество с хидролизата на АТФ, например, имат каталитична функция;

3) ензими, които катализират трансформацията на мембранно свързани субстрати. Тези ензими участват в метаболизма на компонентите на мембраната: фосфолипиди, гликолипиди, стероиди и др.

4) ензими, участващи в трансформацията на водоразтворими субстрати. С помощта на мембрани, най-често в прикрепено състояние, ензимите могат да се концентрират в тези области на мембраната, където съдържанието на техните субстрати е най-голямо. Например, ензимите, които хидролизират протеини и нишесте, са прикрепени към мембраните на чревните микровили, което спомага за увеличаване на скоростта на разграждане на тези субстрати.

Цитоскелетни протеини . Цитоскелетът е сложна мрежа от протеинови влакна от различни видове и присъства само в еукариотните клетки. Цитоскелетът осигурява механична опора за плазмената мембрана и може да определи формата на клетката, както и местоположението на органелите и тяхното движение по време на митоза. С участието на цитоскелета се извършват и такива важни за клетката процеси като ендо- и екзоцитоза, фагоцитоза и амебоидно движение. По този начин цитоскелетът е динамичната рамка на клетката и определя нейната механика.

Цитоскелетът се формира от три вида влакна:

1) микрофиламенти(диаметър ~6 nm). Те са нишковидни органели - полимери на глобуларния протеин актин и други протеини, свързани с него;

2) междинни нишки (диаметър 8-10 nm). Образува се от кератини и свързани протеини;

3) микротубули(диаметър ~ 23 nm) - дълги тръбести структури.

Те се състоят от глобуларен протеин, наречен тубулин, чиито субединици образуват кух цилиндър. Дължината на микротубулите може да достигне няколко микрометра в цитоплазмата на клетките и няколко милиметра в аксоните на нервите.

Изброените цитоскелетни структури проникват в клетката в различни посоки и са тясно свързани с мембраната, прикрепвайки се към нея в някои точки. Тези участъци от мембраната играят важна роля в междуклетъчните контакти, с тяхна помощ клетките могат да се прикрепят към субстрата. Те също така играят важна роля в трансмембранното разпределение на липидите и протеините в мембраните.

Протеини, свързани с полярните глави на мембранните липиди

Протеини, които образуват комплекси с интегрални мембранни протеини

Повърхностни протеини

Повърхностните протеини често се прикрепят към мембраната, взаимодействайки с интегрални протеини или повърхностни области на липидния слой.

Редица храносмилателни ензими, участващи в хидролизата на нишестето и протеините, са прикрепени към интегралните мембранни протеини на чревните микровили.

Примери за такива комплекси са сукраза-изомалтаза и малтаза-гликоамилаза. Може би връзката на тези храносмилателни ензими с мембраната позволява хидролизата на субстратите с висока скорост и абсорбцията на хидролизните продукти от клетката.

Полярни или заредени домени на протеинова молекула могат да взаимодействат с полярните глави на липидите, образувайки йонни и водородни връзки. В допълнение, много протеини, разтворими в цитозола, могат при определени условия да се свържат с повърхността на мембраната за кратко време. Понякога свързването с протеини е необходимо условие за проява на ензимна активност. Такива протеини, например, включват протеин киназа С и фактори на кръвосъсирването.

Закрепване с мембрана "котва"

„Котвата“ може да бъде неполярен протеинов домен, изграден от аминокиселини с хидрофобни радикали. Пример за такъв протеин е цитохром b 5 на ER мембраната. Този протеин участва в редокс реакции като носител на електрони.

Ролята на мембранна „котва“ може да се изпълнява и от остатък от мастна киселина, ковалентно свързан с протеина (миристинова - С 14 или палмитинова - С 16). Протеините, свързани с мастни киселини, са разположени главно на вътрешната повърхност на плазмената мембрана. Миристиновата киселина се добавя към N-терминалния глицин, за да образува амидна връзка. Палмитиновата киселина образува тиоестерна връзка с цистеин или естерна връзка със серинови и треонинови остатъци.

Малка група протеини могат да взаимодействат с външната повърхност на клетката, използвайки фосфатидилинозитол гликанов протеин, ковалентно свързан към С-края на протеина. Тази „котва“ често е единствената връзка между протеина и мембраната, следователно под действието на фосфолипаза С този протеин се отделя от мембраната.

Някои от трансмембранните протеини обхващат мембраната веднъж (гликофорин), други имат няколко области (домени), които последователно пресичат двуслойния слой.

Интегрални мембранни протеини, съдържащи от 1 до 12 трансмембранни домена. 1- LDL рецептор; 2 - GLUT-1 - преносител на глюкоза; 3 - инсулинов рецептор; 4 - адренорецептор.

Трансмембранните домени, обхващащи двуслойния слой, имат α-спирална конформация. Полярните аминокиселинни остатъци са обърнати към вътрешността на глобулата, а неполярните са в контакт с мембранните липиди. Такива протеини се наричат ​​​​"обърнати" в сравнение с водоразтворимите протеини, в които повечето от хидрофобните аминокиселинни остатъци са скрити вътре, а хидрофилните са разположени на повърхността.

Биологични мембрани, разположени на границата на клетката и извънклетъчното пространство, както и на границата на мембранните органели на клетката (митохондрии, ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи, лизозоми, пероксизоми, ядро, мембранни везикули) и цитозола са от съществено значение за функционирането както на клетката като цяло, така и на нейните органели. Клетъчните мембрани имат фундаментално подобна молекулярна организация. В тази глава биологичните мембрани се обсъждат предимно на примера на плазмената мембрана (плазмолема), която отделя клетката от извънклетъчната среда.

Всякакви биологична мембрана(фиг. 2–1) се състои от фосфолипиди(~50%) и протеини (до 40%). В по-малки количества мембраната съдържа други липиди, холестерол и въглехидрати.

Ориз. 2–1. се състои от двоен слой фосфолипиди, чиито хидрофилни части (глави) са насочени към повърхността на мембраната, а хидрофобните части (опашки, които стабилизират мембраната под формата на двуслой) в мембраната. I - интегрални протеинипотопени в мембрана. Т - трансмембранни протеинипроникват в цялата дебелина на мембраната. P - периферни протеиниразположени на външната или вътрешната повърхност на мембраната.

Фосфолипиди. Фосфолипидната молекула се състои от полярна (хидрофилна) част (глава) и аполярна (хидрофобна) двойна въглеводородна опашка. Във водната фаза фосфолипидните молекули автоматично агрегират опашка до опашка, образувайки рамката на биологичната мембрана (фиг. 2-1 и 2-2) под формата на двоен слой (двоен слой). Така в мембраната опашките от фосфолипиди (мастни киселини) са насочени в двуслойния слой, а главите, съдържащи фосфатни групи, са насочени навън.

Арахидонова киселина.Арахидоновата киселина се освобождава от мембранни фосфолипиди - предшественик на Pg, тромбоксани, левкотриени и редица други биологично активни вещества с много функции (възпалителни медиатори, вазоактивни фактори, вторични посредници и др.).

Липозоми- мембранни везикули, изкуствено получени от фосфолипиди с диаметър от 25 nm до 1 μm. Липозомиизползвани като модели на биологични мембрани, както и за въвеждане на различни вещества (например гени, лекарства) в клетките; последното обстоятелство се основава на факта, че мембранните структури (включително липозоми) лесно се сливат (поради фосфолипидния двоен слой).

катерицибиологичните мембрани са разделени на интегрални (включително трансмембранни) и периферни (фиг. 2-1 и 2-2).

Интегрални мембранни протеини (глобуларен), вграден в липидния двоен слой. Техните хидрофилни аминокиселини взаимодействат с фосфатните групи на фосфолипидите, а техните хидрофобни аминокиселини взаимодействат с вериги на мастни киселини. Интегралните мембранни протеини включват адхезионни протеини и някои рецепторни протеини (мембранни рецептори).

Трансмембранен протеин - протеинова молекула, която преминава през цялата дебелина на мембраната и излиза от нея както на външната, така и на вътрешната повърхност. Трансмембранните протеини включват пори, йонни канали, транспортери, помпи и някои рецепторни протеини.

Пори и канали- трансмембранни пътища, по които вода, йони и метаболитни молекули се движат между цитозола и междуклетъчното пространство (и в обратна посока).

Векториизвършват трансмембранно движение на специфични молекули (включително в комбинация с пренос на йони или молекули от друг тип).

Помпипреместват йони срещу техните градиенти на концентрация и енергия (електрохимичен градиент), използвайки енергията, освободена от хидролизата на АТФ.

Протеини на периферната мембрана (фибриларни и глобуларни) са разположени на една от повърхностите на клетъчната мембрана (външна или вътрешна) и са нековалентно свързани с интегрални мембранни протеини.

Примери за периферни мембранни протеини, свързани с външната повърхност на мембраната са - рецепторни протеиниИ адхезионни протеини.

Примери за периферни мембранни протеини, свързани с вътрешната повърхност на мембраната са - протеини на цитоскелета, протеини на вторичната информационна система, ензимии други протеини.

Странична подвижност.Интегралните протеини могат да бъдат преразпределени в мембраната в резултат на взаимодействие с периферни протеини, цитоскелетни елементи, молекули в мембраната на съседна клетка и компоненти на извънклетъчния матрикс.

Въглехидрати(главно олигозахариди) са част от гликопротеините и гликолипидите на мембраната, което представлява 2–10% от нейната маса (фиг. 2–2). Лектините взаимодействат с въглехидратите на клетъчната повърхност. Олигозахаридните вериги изпъкват върху външната повърхност на клетъчните мембрани и образуват повърхностната обвивка - гликокаликс.

Гликокаликс има дебелина около 50 nm и се състои от олигозахариди, ковалентно свързани с гликопротеини и гликолипиди на плазмалемата. Функции на гликокаликса: междуклетъчно разпознаване, междуклетъчни взаимодействия, париетално храносмилане (гликокаликсът, покриващ микровилите на граничните клетки на чревния епител, съдържа пептидази и гликозидази, които завършват разграждането на протеини и въглехидрати).

Пропускливост на мембраната

Двуслойната мембрана разделя двете водни фази. По този начин плазмената мембрана отделя междуклетъчната (интерстициална) течност от цитозола, а мембраните на лизозомите, пероксизомите, митохондриите и други мембранни вътреклетъчни органели отделят съдържанието си от цитозола. Биологична мембрана - полупропусклива бариера.

Полупропусклива мембрана.Биологичната мембрана се определя като полупропусклива, т.е. бариера, която не е пропусклива за водата, но е пропусклива за веществата, разтворени в нея (йони и молекули).

Полупропускливи тъканни структури.Полупропускливите тъканни структури включват също стената на кръвоносните капиляри и различни бариери (например филтрационната бариера на бъбречните телца, аерохематична бариера на дихателната част на белия дроб, кръвно-мозъчната бариера и много други, въпреки че такива бариери - в допълнение към биологичните мембрани (плазмолема) - включват и немембранни компоненти.Пропускливостта на такива тъканни структури е разгледана в раздел "Трансцелуларна пропускливост", глава 4 .

Физикохимичните параметри на междуклетъчната течност и цитозола са значително различни (виж Таблица 2-1), както и параметрите на всяка мембранна вътреклетъчна органела и цитозол също са различни. Външната и вътрешната повърхност на биологичната мембрана са полярни и хидрофилни, но неполярното ядро ​​на мембраната е хидрофобно. Следователно неполярните вещества могат да проникнат през липидния двоен слой. В същото време хидрофобният характер на сърцевината на биологичната мембрана определя фундаменталната невъзможност за директно проникване на полярни вещества през мембраната.

Неполярни вещества(например водонеразтворимият холестерол и неговите производни) свободно проникват през биологичните мембрани. По-специално, поради тази причина рецепторите за стероидни хормони са разположени вътре в клетката.

Полярни вещества(например Na+, K+ C1-, Ca2+ йони; различни малки, но полярни метаболити, както и захари, нуклеотиди, протеини и макромолекули на нуклеинова киселина) не проникват сами през биологичните мембрани. Ето защо в плазмената мембрана са вградени рецептори за полярни молекули (например пептидни хормони), а вторичните посредници извършват предаването на хормоналния сигнал към други клетъчни отделения.

Селективна пропускливост- пропускливостта на биологичната мембрана за специфични химикали) е важна за поддържането на клетъчната хомеостаза. оптимално съдържание на йони, вода, метаболити и макромолекули в клетката. Движението на специфични вещества през биологична мембрана се нарича трансмембранен транспорт (трансмембранен транспорт).

клетки. Свързването със сигнална молекула (хормон или трансмитер) се осъществява от едната страна на мембраната, а клетъчният отговор се формира от другата страна на мембраната. По този начин те играят уникална и важна роля в междуклетъчната комуникация и трансдукцията на сигнала.

Много трансмембранни рецептори са съставени от две или повече субединици, които действат съвместно и могат да се дисоциират при свързване с лиганд или да променят своята конформация и да преминат към следващия етап от цикъла на активиране. Те често се класифицират въз основа на тяхната молекулярна структура. Полипептидните вериги на най-простите от тези рецептори пресичат липидния двоен слой само веднъж, докато много от тях пресичат липидния двоен слой седем пъти (например G-протеин свързани рецептори).

Структура

Извънклетъчен домен

Екстрацелуларният домен е областта на рецептора, която се намира извън клетката или органела. Ако рецепторната полипептидна верига пресича клетката няколко пъти, външният домен може да се състои от няколко бримки. Основната функция на рецептора е да усети хормон (въпреки че някои рецептори също са способни да реагират на промени в мембранния потенциал) и в много случаи хормонът се свързва с този домен.

Трансмембранен домейн

Някои рецептори също са протеинови канали. Трансмембранният домен се състои главно от трансмембранни α-спирали. В някои рецептори, като никотиновия ацетилхолинов рецептор, трансмембранният домен образува мембранна пора или йонен канал. След като извънклетъчният домен се активира (свързване на хормона), каналът може да позволи преминаването на йони. В други рецептори, след свързване на хормона, трансмембранният домен променя своята конформация, което има вътреклетъчен ефект.

Вътреклетъчен домен

Вътреклетъчният или цитоплазменият домен взаимодейства с вътрешността на клетката или органела, предавайки получения сигнал. Има два принципно различни начина за такова взаимодействие:

• Вътреклетъчният домен се свързва с ефекторни сигнални протеини, които от своя страна предават сигнала по сигналната верига до местоназначението му.
• Ако рецепторът е свързан с ензим или самият той има ензимна активност, вътреклетъчният домен активира ензима (или извършва ензимна реакция).

Класификация

Повечето трансмембранни рецептори принадлежат към един от трите класа, разграничени от основния механизъм на сигнална трансдукция. Йонотропните и метаботропните трансмембранни рецептори са класифицирани. Йонотропните рецептори или рецепторите, свързани с йонни канали, участват, например, в бързото предаване на синаптични сигнали между неврони и други целеви клетки, които могат да усетят електрически сигнали.

Метаботропните рецептори предават химически сигнали. Те са разделени на два големи класа: G протеин-свързани рецептори и ензимно-свързани рецептори.

Свързаните с G протеин рецептори се наричат ​​също 7TM рецептори (рецептори на седем трансмембранни домени). Те са трансмембранни протеини с външен сегмент за свързване на лиганда, мембранен сегмент и цитозолен сегмент, свързан с G протеин. Те са разделени на шест класа въз основа на сходството на структурата и функцията на рецепторите, класове A-F (или 1-6), които от своя страна са разделени на много семейства. Този клас включва рецептори на сетивни органи и адренергични рецептори.

Подобно на GPCR, ензимно-свързаните рецептори са трансмембранни протеини, чийто лиганд-свързващ домен е разположен от външната страна на мембраната. За разлика от GPCR, техният цитозолен домен не е свързан с G протеин, но сам по себе си има ензимна активност или свързва ензима директно. Обикновено, вместо седем сегмента като GPCR, такива рецептори имат само един трансмембранен сегмент. Тези рецептори могат да включват същите сигнални пътища като GPCR. Този клас включва, например, инсулиновия рецептор.

Има шест основни класа ензимно-свързани рецептори:

• Рецепторни тирозинкинази - могат директно да фосфорилират тирозинови остатъци, както собствени, така и за малък набор от вътреклетъчни сигнални протеини.
• Рецепторите, свързани с тирозин киназа, сами по себе си не са активни ензими, но директно свързват цитоплазмените тирозин кинази за предаване на сигнали.
• Рецепторни серин-треонин кинази – могат директно да фосфорилират серинови или треонинови остатъци, както собствените си, така и тези на генните регулиращи протеини, с които се свързват.
• Рецепторите, свързани с хистидин кинази, активират двуетапен сигнален път, в който киназата фосфорилира своя собствен хистидин и незабавно прехвърля фосфата към втори вътреклетъчен сигнализиращ протеин.
• Рецепторни гуанилат циклази - директно катализират производството на cGMP молекули в цитозола, които действат като малък вътреклетъчен пратеник чрез механизми, до голяма степен подобни на cAMP.
• Рецепторно-подобни тирозин фосфатази - премахват фосфатните групи от тирозините на вътреклетъчните сигнални протеини. Наричат ​​се рецептороподобни, защото механизмът на тяхното действие като рецептори остава неясен.

Регламент

В клетката има няколко начина за регулиране на активността на трансмембранните рецептори, като най-важните начини са фосфорилирането и интернализирането на рецепторите.

Вижте също

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво представляват „трансмембранните рецептори“ в други речници:

Ацетилхолин Холинергични рецептори (ацетилхолинови рецептори) трансмембранни рецептори, чийто лиганд е ацетилхолин ... Wikipedia

Трансмембранните рецептори са мембранни протеини, които се намират и действат не само във външната клетъчна мембрана, но и в мембраните на отделенията и органелите на клетката. Свързването към сигнализираща молекула (хормон или медиатор) се осъществява с един ... ... Уикипедия - Невропилин 1 Обозначения Символи NRP1 Entrez Ген ... Уикипедия

Димер на сензорния родопсин II комплекс и трансдюсерния протеин. Сензорният родопсин е показан в синьо. Изглед в равнината на мембраната. Сензорен родопсис ... Уикипедия

Активна съставка ›› Хориогонадотропин алфа* (Choriogonadotropin alfa*) Латинско наименование Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 Хориогонадотропин алфа Фармакологична група: Хормони на хипоталамуса, хипофизната жлеза, гонадотропини и техните антагонисти... ... Речник на лекарствата

Протеин киназа А е протеин киназа, чиято активност зависи от нивото на сАМР в клетката. Протеин киназа А активира и инактивира ензими и други протеини чрез фосфорилиране (т.е. добавяне на фосфатна група). Съдържание... ...Уикипедия

Протеин киназа А е протеин киназа, чиято активност зависи от нивото на сАМР в клетката. Протеин киназа А активира и инактивира ензими и други протеини поради фосфорилиране (т.е. добавяне на фосфатна група). Съдържание 1... ...Уикипедия