διαμεμβρανικούς υποδοχείς. τελικό προϊόν διαμεμβρανικής πρωτεΐνης διαμεμβρανικών πρωτεϊνών

: χαρακτηριστικά και δομικές αρχές

1. Δομή των μεμβρανικών πρωτεϊνών

Ο κύριος ρόλος των λιπιδίων στις μεμβράνες είναι να σταθεροποιούν τη δομή της διπλής στιβάδας, ενώ οι πρωτεΐνες είναι ενεργά συστατικά των βιομεμβρανών. Θα συζητήσουμε μερικές από τις αρχές που έχουν αποδειχθεί χρήσιμες για την αποσαφήνιση των δομικών χαρακτηριστικών των μεμβρανικών πρωτεϊνών. Θα δώσουμε παραδείγματα που επεξηγούν αυτές τις αρχές.

Στην αυγή της ανάπτυξης της μεμβρανολογίας, πιστευόταν ότι οι πρωτεΐνες της μεμβράνης ήταν μάλλον ομοιογενείς στη δομή τους και στοιβάζονταν με τη μορφή 3 στρωμάτων στην επιφάνεια της διπλής στοιβάδας. Σήμερα, είναι πιο πιθανό να έχουν την τάση να πιστεύουν ότι, τουλάχιστον στις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, εκείνα τα μέρη τους που είναι βυθισμένα στη μεμβράνη περιέχουν α-έλικες. Φυσικά, θα ήθελα πολύ να βγάλω ορισμένα σαφή συμπεράσματα σχετικά με αυτό, αλλά πρέπει να βασίζονται σε πραγματικά δεδομένα. Μπροστά στην τεράστια δομική ποικιλομορφία των διαλυτών πρωτεϊνών, καταλήγει κανείς στο συμπέρασμα ότι οι ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες μπορεί να είναι πολύ πιο περίπλοκες από ό,τι φανταζόμαστε τώρα. Η ταξινόμηση των διαλυτών πρωτεϊνών σε τύπους δομής πραγματοποιήθηκε μόνο αφού η δομή περισσότερων από 100 διαφορετικών πρωτεϊνών είχε καθοριστεί με υψηλή ανάλυση. Όσον αφορά τις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, αυτό έγινε μόνο σε μία περίπτωση - για την πρωτεΐνη του κέντρου φωτοσυνθετικής αντίδρασης των βακτηρίων. Μαζί με τα δεδομένα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας χαμηλής ανάλυσης σχετικά με τη δομή της βακτηριοροδοψίνης, αυτή είναι η μόνη πηγή στην οποία μπορεί να βασιστεί η κατασκευή μοντέλου για τις περισσότερες άλλες διαμεμβρανικές πρωτεΐνες.

Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι οι μέθοδοι προσάρτησης πρωτεϊνών στη μεμβράνη. Φαίνονται σχηματικά στο Σχ. 3.1.

1. Σύνδεση σε πρωτεΐνες βυθισμένες στη διπλή στιβάδα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το τμήμα Fi της H+-ATPase, το οποίο συνδέεται με το τμήμα Fo που είναι ενσωματωμένο στη μεμβράνη. μπορούν επίσης να αναφερθούν ορισμένες κυτταροσκελετικές πρωτεΐνες.

2. Δέσιμο στην επιφάνεια του διπλού στρώματος. Αυτή η αλληλεπίδραση είναι κυρίως ηλεκτροστατική ή υδρόφοβη. Στην επιφάνεια ορισμένων μεμβρανικών πρωτεϊνών υπάρχουν υδρόφοβες περιοχές που σχηματίζονται λόγω των χαρακτηριστικών της δευτεροταγούς ή τριτοταγούς δομής. Αυτές οι επιφανειακές αλληλεπιδράσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν επιπρόσθετα με άλλες αλληλεπιδράσεις όπως η διαμεμβρανική αγκύρωση.

3. Δέσιμο με υδρόφοβη «άγκυρα». αυτή η δομή έρχεται συνήθως στο φως ως μια αλληλουχία μη πολικών υπολειμμάτων αμινοξέων. Ορισμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες χρησιμοποιούν ομοιοπολικά συνδεδεμένα λιπαρά οξέα ή φωσφολιπίδια ως άγκυρες.

4. Διαμεμβρανικές πρωτεΐνες. Μερικοί από αυτούς διασχίζουν τη μεμβράνη μόνο μία φορά, άλλοι - αρκετές φορές.

Οι διαφορές μεταξύ των πρωτεϊνών της εξωτερικής και της εσωτερικής μεμβράνης δεν καθορίζουν ξεκάθαρα τον τρόπο πρόσδεσής τους στη διπλή στιβάδα. Αυτές οι διαφορές καθορίζουν μόνο τη σχετική ισχύ της δέσμευσής τους.

2. Καθαρισμός πρωτεϊνών μεμβράνης

Για τον καθαρισμό των ενσωματωμένων πρωτεϊνών μεμβράνης και τη λήψη τους σε βιοχημικά ενεργή μορφή, χρειάζονται απορρυπαντικά για τη διαλυτοποίηση των πρωτεϊνών και τη διατήρηση τους σε διάλυμα. Οι απαιτήσεις και ο χειρισμός του απορρυπαντικού δημιουργούν πρόσθετες προκλήσεις πέρα ​​από αυτές που συναντώνται συνήθως στον καθαρισμό πρωτεϊνών. Πολλές ειδικές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για την απομόνωση ενσωματωμένων πρωτεϊνών μεμβράνης, αλλά τα περισσότερα σχήματα καθαρισμού βασίζονται στις ίδιες χρωματογραφικές και υδροδυναμικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τις διαλυτές πρωτεΐνες. Πρόκειται για χρωματογραφία σε DEAE-κυτταρίνη, σεφαρόζη ή υδροξυλαπατίτη, διήθηση γέλης, φυγοκέντρηση σε βαθμίδα πυκνότητας σακχαρόζης κ.λπ. Η σωστή επιλογή απορρυπαντικού είναι πολύ σημαντική, αφού είναι το απορρυπαντικό που καταστρέφει τη βιομεμβράνη, παίρνοντας τη θέση των λιπιδίων που περιβάλλουν ένα συγκεκριμένη πρωτεΐνη, και καθορίζει τη σταθερότητα μιας πρωτεΐνης σε διάλυμα. Οι μηχανισμοί δράσης των απορρυπαντικών λαμβάνονται υπόψη στην ανασκόπηση.

2.1. ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΤΙΚΑ

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες έχουν εμφανιστεί πολλά απορρυπαντικά που είναι κατάλληλα για τον καθαρισμό των ενσωματωμένων πρωτεϊνών της μεμβράνης. Κατ' αρχήν, θα πρέπει να προσπαθήσουμε να βρούμε ένα απορρυπαντικό που δεν θα διαταράσσει τις δευτεροταγείς και τριτοταγείς δομές των πρωτεϊνών της μεμβράνης, αλλά θα αντικαθιστά μόνο τα περισσότερα ή όλα τα λιπίδια της μεμβράνης σε επαφή με τις υδρόφοβες περιοχές του μορίου της πρωτεΐνης. Ο απώτερος στόχος της διαλυτοποίησης είναι η ενσωμάτωση της πρωτεΐνης στο μικκύλλιο του απορρυπαντικού. μια επακόλουθη στρατηγική καθαρισμού είναι ο διαχωρισμός τέτοιων συμπλεγμάτων πρωτεΐνης-απορρυπαντικού.

Το πρώτο πρόβλημα είναι η επιλογή των βέλτιστων συνθηκών διαλυτοποίησης για την πρωτεΐνη που μελετήθηκε. Τα απορρυπαντικά που μετουσιώνουν τις πρωτεΐνες δεν είναι κατάλληλα για μια τόσο λεπτή εργασία. Από την άλλη πλευρά, πολλά απορρυπαντικά δεν είναι αρκετά αποτελεσματικά για να καταστρέψουν τις μεμβράνες και να σχηματίσουν μικτά μικκύλια που περιέχουν πρωτεΐνη. Τέτοια απορρυπαντικά μπορεί να είναι είτε πολύ υδρόφοβα είτε πολύ υδρόφιλα για να αναμιχθούν αποτελεσματικά με τα λιπίδια της μεμβράνης και, σε αρκετά υψηλές συγκεντρώσεις, να μετατρέψουν τη διπλή στιβάδα σε σφαιρικά μικτά μικκύλια. Αρχικά, υπήρχε η ελπίδα ότι η επιλογή του απαιτούμενου απορρυπαντικού θα μπορούσε να συστηματοποιηθεί χρησιμοποιώντας μία παράμετρο, που ονομάζεται ισορροπία υδρόφιλου-λιπόφιλου. Αυτή η παράμετρος, που κυμαίνεται από 1 έως 20, χρησιμοποιείται στην παραγωγή επιφανειοδραστικών ως μέτρο της σχετικής υδροφοβικότητας. Πράγματι, έχουν ληφθεί ορισμένοι συσχετισμοί, από τους οποίους προκύπτει ότι η τιμή HLB ενός απορρυπαντικού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του σε βιολογικά συστήματα. Σε γενικές γραμμές, τα απορρυπαντικά με τιμή HLB στην περιοχή από 12,5 έως 14,5 μπορούν να ειπωθούν ότι είναι οι πιο αποτελεσματικοί διαλύτες για πρωτεΐνες ενσωματωμένης μεμβράνης. Ωστόσο, αργότερα αποδείχθηκε ότι η αναζήτηση βέλτιστων απορρυπαντικών για μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη μεμβράνης απαιτεί να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες και θα πρέπει πάντα να συνοδεύεται από εμπειρική επαλήθευση. Πρέπει να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα.

1.Μέγιστη διαλυτοποίηση της πρωτεΐνης που μελετήθηκε. Το κριτήριο είναι η μετάβαση της πρωτεΐνης στο υπερκείμενο μετά από φυγοκέντρηση, κατά την οποία η μεμβράνη καταβυθίζεται.

2. Διαλυτοποίηση της πρωτεΐνης στην επιθυμητή μορφή. Συνήθως μιλάμε για τη διατήρηση της ενζυματικής του δραστηριότητας, αλλά μερικές φορές χρησιμοποιούνται ορισμένα φασματικά χαρακτηριστικά ή η παρουσία συγκεκριμένων πρωτεϊνικών συνεργατών. Επιπλέον, απαραίτητη προϋπόθεση είναι η σταθερότητα της πρωτεΐνης μετά τη διαλυτοποίηση. Σε ορισμένες περιπτώσεις, προστίθενται εξωγενή φωσφολιπίδια μαζί με το απορρυπαντικό για τη διατήρηση της βιοχημικής δραστηριότητας. Ένα παράδειγμα είναι η παραγωγή περμεάσης λακτόζης E. coli και πρωτεΐνης διαύλου νατρίου. Μερικές φορές προστίθεται γλυκερόλη ή άλλη πολυόλη για να σταθεροποιήσει την πρωτεΐνη μετά τη διαλυτοποίηση. Είναι λογικό να χρησιμοποιούνται επίσης αναστολείς πρωτεάσης και να γίνεται η διαλυτοποίηση υπό συνθήκες που ελαχιστοποιούν την πιθανότητα πρωτεολυτικής διάσπασής τους.

3. Η δυνατότητα χρήσης απορρυπαντικού σε αυτή την τεχνική. Πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η φόρτιση του απορρυπαντικού, η συμπεριφορά σε μια δεδομένη τιμή pH, το CMC και το μέγεθος των μικκυλίων του απορρυπαντικού. Οι τελευταίες ιδιότητες είναι ιδιαίτερα σημαντικές. Τα απορρυπαντικά με χαμηλό CMC, τα οποία σχηματίζουν μεγάλα μικκύλια, δεν απομακρύνονται με αιμοκάθαρση ή υπερδιήθηση λόγω πολύ χαμηλής συγκέντρωσης μονομερών απορρυπαντικών. Από πρακτική άποψη, αυτό σημαίνει ότι εάν η πρωτεΐνη συμπυκνωθεί με υπερδιήθηση, η συγκέντρωση του απορρυπαντικού χαμηλού CMC θα αυξηθεί επίσης και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μετουσίωση της πρωτεΐνης. Για το λόγο αυτό, πολλοί ερευνητές προτιμούν να χρησιμοποιούν απορρυπαντικά με υψηλά CMC, όπως οκτυλογλυκοσίδη, χολικά άλατα ή πιο πρόσφατα αμφιτεριονικά απορρυπαντικά. Οι ρητίνες πολυστυρενίου όπως το Biobids SM-2 είναι πολύ πολύτιμες. Συνδέονται επιλεκτικά με απορρυπαντικά όπως το Triton X-100, τα αφαιρούν από το διάλυμα και καθιστούν δυνατή την πλήρη διακοπή της αιμοκάθαρσης. Ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η απορρόφηση του φωτός από το απορρυπαντικό. Μερικά απορρυπαντικά, όπως το Triton X-100, απορροφούν στην περιοχή κοντά στην υπεριώδη ακτινοβολία, καθιστώντας αδύνατο τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης πρωτεΐνης μετρώντας την οπτική πυκνότητα σε μήκος κύματος 280 nm.

Λαμβάνοντας υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες, γίνεται σαφές γιατί σε πολλές περιπτώσεις η απομόνωση ενσωματωμένων πρωτεϊνών μεμβράνης απαιτεί τη χρήση διαφορετικών απορρυπαντικών. Για παράδειγμα, το Triton X-100 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαλυτοποίηση και ο διαχωρισμός με DEAE-κυτταρίνη γίνεται καλύτερα παρουσία οκτυλογλυκοζίτη. Τα απορρυπαντικά μπορούν να αλλάξουν κατά τη διάρκεια του σταδίου της χρωματογραφίας, κατά τη διάρκεια της φυγοκέντρησης με κλίση πυκνότητας και σε ορισμένες περιπτώσεις με αιμοκάθαρση. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ένα απορρυπαντικό ακατάλληλο για τη διαλυτοποίηση μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικό στη διατήρηση της πρωτεΐνης σε διάλυμα μετά την αλλαγή του απορρυπαντικού. Ο καθαρισμός πρέπει σχεδόν πάντα να πραγματοποιείται με περίσσεια απορρυπαντικού στο διάλυμα, διαφορετικά η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τη συσσώρευση πρωτεϊνών μεμβράνης και όχι προς το σχηματισμό συμπλόκων πρωτεΐνης-απορρυπαντικού. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια τέτοια συσσωμάτωση μπορεί να είναι ακόμη και επιθυμητή και το τελευταίο βήμα καθαρισμού μπορεί να είναι η αφαίρεση του απορρυπαντικού. Αλλά, κατά κανόνα, με έλλειψη απορρυπαντικού, εμφανίζεται μη αναστρέψιμη κατακρήμνιση και απώλεια πρωτεΐνης.

Η ανάγκη διατήρησης της συγκέντρωσης του απορρυπαντικού σε ένα ορισμένο επίπεδο δημιουργεί πρόσθετες δυσκολίες πέρα ​​από αυτές που συνήθως συναντώνται στον καθαρισμό των πρωτεϊνών. έχουμε ήδη μιλήσει για μερικά από αυτά. Προβλήματα προκύπτουν επίσης όταν χρησιμοποιείται η τυπική μέθοδος αλατοποίησης σε υψηλή συγκέντρωση θειικού αμμωνίου: σε πολλές περιπτώσεις, η πρωτεΐνη κατακρημνίζεται σε συνδυασμό με το απορρυπαντικό και το λιπίδιο. Επειδή η άλμη έχει υψηλή πυκνότητα και το απορρυπαντικό στο αδρανή είναι σχετικά χαμηλό, ένα ίζημα θα παραμείνει στην επιφάνεια κατά τη διάρκεια της φυγοκέντρησης. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι τα σύμπλοκα πρωτεΐνης-απορρυπαντικού υποβάλλονται σε καθαρισμό, συχνά με σημαντική ποσότητα δεσμευμένου φωσφολιπιδίου. Αυτό επηρεάζει την ποιότητα του διαχωρισμού κατά τη χρωματογραφία, καθώς και τα αποτελέσματα του χαρακτηρισμού των τελικών προδιαλυτών πρωτεϊνών, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί ο αριθμός και το μοριακό βάρος των πολυπεπτιδικών υπομονάδων, η στοιχειομετρία τους, το μέγεθος και, πιθανώς, το σχήμα του μορίου, και, εάν είναι απαραίτητο, βιοχημική δραστηριότητα.

Στα λιπίδια στη σύνθεση των μεμβρανών αποδίδονται, πρώτα απ 'όλα, δομικές ιδιότητες - δημιουργούν μια διπλή στιβάδα ή μήτρα, στην οποία βρίσκονται τα ενεργά συστατικά της μεμβράνης - πρωτεΐνες. Είναι οι πρωτεΐνες που δίνουν σε διάφορες μεμβράνες τη μοναδικότητά τους και παρέχουν συγκεκριμένες ιδιότητες. Πολλές μεμβρανικές πρωτεΐνες εκτελούν τις ακόλουθες κύριες λειτουργίες: καθορίζουν τη μεταφορά ουσιών στις μεμβράνες (λειτουργίες μεταφοράς), πραγματοποιούν κατάλυση, παρέχουν διαδικασίες φωτο- και οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, αντιγραφή DNA, μετάφραση και τροποποίηση πρωτεϊνών, λήψη σήματος και μετάδοση ενός νευρική ώθηση κ.λπ.

Είναι σύνηθες να διαιρούνται οι μεμβρανικές πρωτεΐνες σε 2 ομάδες: αναπόσπαστο(εσωτερικό) και περιφερειακός(εξωτερικός). Το κριτήριο για έναν τέτοιο διαχωρισμό είναι ο βαθμός ισχύος της πρωτεΐνης που δεσμεύεται στη μεμβράνη και, κατά συνέπεια, ο βαθμός σοβαρότητας της επεξεργασίας που απαιτείται για την εξαγωγή της πρωτεΐνης από τη μεμβράνη. Έτσι, οι περιφερειακές πρωτεΐνες μπορούν να απελευθερωθούν στο διάλυμα ήδη όταν οι μεμβράνες πλένονται με ρυθμιστικά μίγματα με χαμηλή ιοντική ισχύ, χαμηλές τιμές pH παρουσία χηλικών παραγόντων, για παράδειγμα, αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό (EDTA), που δεσμεύουν δισθενή κατιόντα. Οι περιφερειακές πρωτεΐνες απελευθερώνονται από τις μεμβράνες υπό τόσο ήπιες συνθήκες, καθώς συνδέονται με κεφαλές λιπιδίων ή με άλλες μεμβρανικές πρωτεΐνες με ασθενείς ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις ή με υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις με λιπιδικές ουρές. Αντίθετα, οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες είναι αμφίφιλα μόρια, έχουν μεγάλες υδρόφοβες περιοχές στην επιφάνειά τους και βρίσκονται μέσα στη μεμβράνη· επομένως, για την εξαγωγή τους, είναι απαραίτητο να καταστραφεί η διπλή στιβάδα. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται συχνότερα απορρυπαντικά ή οργανικοί διαλύτες. Οι τρόποι σύνδεσης των πρωτεϊνών στη μεμβράνη είναι αρκετά διαφορετικοί (Εικ. 4.8).

Μεταφορά πρωτεϊνών. Η διπλοστοιβάδα λιπιδίων είναι ένα αδιαπέραστο φράγμα για τα περισσότερα υδατοδιαλυτά μόρια και ιόντα και η μεταφορά τους μέσω των βιομεμβρανών εξαρτάται από τη δραστηριότητα των πρωτεϊνών μεταφοράς. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αυτών των πρωτεϊνών: καναλιών(πόροι) και μεταφορείς. Τα κανάλια είναι σήραγγες που διασχίζουν τη μεμβράνη στις οποίες οι θέσεις δέσμευσης των μεταφερόμενων ουσιών είναι διαθέσιμες και στις δύο επιφάνειες της μεμβράνης ταυτόχρονα. Τα κανάλια δεν υφίστανται αλλαγές διαμόρφωσης κατά τη μεταφορά ουσιών· η διάταξή τους αλλάζει μόνο κατά το άνοιγμα και το κλείσιμο. Οι φορείς, αντίθετα, αλλάζουν τη διαμόρφωσή τους κατά τη μεταφορά ουσιών μέσω της μεμβράνης. Επιπλέον, σε κάθε συγκεκριμένο χρονικό σημείο, η θέση δέσμευσης της μεταφερόμενης ουσίας στον φορέα είναι διαθέσιμη μόνο σε μία επιφάνεια της μεμβράνης.

Τα κανάλια, με τη σειρά τους, μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες ομάδες: εξαρτώμενα από την τάση και χημικά ρυθμιζόμενα. Ένα παράδειγμα ενός καναλιού που εξαρτάται από την τάση είναι το κανάλι Na +, η λειτουργία του ρυθμίζεται από μια αλλαγή στην τάση του ηλεκτρικού πεδίου. Με άλλα λόγια, αυτά τα κανάλια ανοίγουν και κλείνουν ως απάντηση σε μια αλλαγή διαμεμβρανικό δυναμικό. Χημικά ρυθμιζόμενα κανάλια

ανοίγει και κλείνει ως απόκριση στη δέσμευση συγκεκριμένων χημικών παραγόντων. Για παράδειγμα, όταν ένας νευροδιαβιβαστής συνδέεται με τον νικοτινικό υποδοχέα ακετυλοχολίνης, μεταβάλλεται σε ανοιχτή διαμόρφωση και επιτρέπει στα μονοσθενή κατιόντα να περάσουν (υποκεφάλαιο 4.7 αυτού του κεφαλαίου). Οι όροι "πόρος" και "κανάλι" είναι συνήθως εναλλάξιμοι, αλλά μερικές φορές νοούνται ως μη επιλεκτικές δομές που διακρίνουν τις ουσίες κυρίως ως προς το μέγεθος και επιτρέπουν σε όλα τα αρκετά μικρά μόρια να περάσουν. Τα κανάλια αναφέρονται συχνά ως κανάλια ιόντων. Ο ρυθμός μεταφοράς μέσω ανοιχτού καναλιού φτάνει τα 10 6 - 10 8 ιόντα ανά δευτερόλεπτο.

Οι φορείς μπορούν επίσης να χωριστούν σε 2 ομάδες: παθητικούς και ενεργητικούς. Με τη βοήθεια παθητικών φορέων, ένας τύπος ουσιών μεταφέρεται κατά μήκος της μεμβράνης. Παθητικοί φορείς εμπλέκονται σε διευκολυνόμενη διάχυσηκαι αυξάνουν μόνο τη ροή της ουσίας, που πραγματοποιείται κατά μήκος της ηλεκτροχημικής βαθμίδας (για παράδειγμα, η μεταφορά γλυκόζης μέσω των μεμβρανών των ερυθροκυττάρων). Οι ενεργοί φορείς μεταφέρουν ουσίες κατά μήκος της μεμβράνης με κόστος ενέργειας. Αυτές οι πρωτεΐνες μεταφοράς συσσωρεύουν ουσίες στη μία πλευρά της μεμβράνης, μεταφέροντάς τις ενάντια στην ηλεκτροχημική βαθμίδα. Η ταχύτητα μεταφοράς με τη βοήθεια μεταφορέων εξαρτάται πολύ από τον τύπο τους και κυμαίνεται από 30 έως 10 5 s -1 . Συχνά, οι όροι "permease", "translocase" χρησιμοποιούνται για να αναφέρονται σε μεμονωμένους φορείς, οι οποίοι μπορούν να θεωρηθούν συνώνυμοι με τον όρο "carrier".

Ενζυματικές λειτουργίες των μεμβρανικών πρωτεϊνών. Μια μεγάλη ποικιλία ενζύμων λειτουργούν στις κυτταρικές μεμβράνες. Μερικά από αυτά εντοπίζονται στη μεμβράνη, βρίσκοντας εκεί κατάλληλο περιβάλλον για τη μετατροπή υδρόφοβων ενώσεων, άλλα, λόγω της συμμετοχής των μεμβρανών, βρίσκονται σε αυτές με αυστηρή σειρά, καταλύοντας διαδοχικά στάδια ζωτικών διεργασιών και άλλα χρειάζονται τη βοήθεια των λιπιδίων για τη σταθεροποίηση της διαμόρφωσης τους και τη διατήρηση της δραστηριότητάς τους. Ένζυμα βρέθηκαν σε βιομεμβράνες - εκπρόσωποι όλων των γνωστών τάξεων. Μπορούν να διεισδύσουν στη μεμβράνη μέσω, να υπάρχουν σε αυτήν σε διαλυμένη μορφή ή, ως περιφερειακές πρωτεΐνες, να συνδεθούν στις επιφάνειες της μεμβράνης ως απόκριση σε κάποιο σήμα. Μπορούν να διακριθούν οι ακόλουθοι χαρακτηριστικοί τύποι ενζύμων μεμβράνης:

1) διαμεμβρανικά ένζυμα που καταλύουν συζευγμένες αντιδράσεις στις αντίθετες πλευρές της μεμβράνης. Αυτά τα ένζυμα έχουν, κατά κανόνα, αρκετά ενεργά κέντρα που βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές της μεμβράνης. Τυπικοί εκπρόσωποι τέτοιων ενζύμων είναι συστατικά της αναπνευστικής αλυσίδας ή φωτοσυνθετικά οξειδοαναγωγικά κέντρα που καταλύουν διεργασίες οξειδοαναγωγής που σχετίζονται με τη μεταφορά ηλεκτρονίων και τη δημιουργία ιοντικών βαθμίδων στη μεμβράνη.

2) διαμεμβρανικά ένζυμα που εμπλέκονται στη μεταφορά ουσιών. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς που συνδέουν τη μεταφορά μιας ουσίας με υδρόλυση ATP, για παράδειγμα, έχουν καταλυτική λειτουργία.

3) ένζυμα που καταλύουν τη μετατροπή υποστρωμάτων που συνδέονται με τη μεμβράνη. Αυτά τα ένζυμα συμμετέχουν στο μεταβολισμό των συστατικών της μεμβράνης: φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια, στεροειδή κ.λπ.

4) ένζυμα που εμπλέκονται στον μετασχηματισμό των υδατοδιαλυτών υποστρωμάτων. Με τη βοήθεια των μεμβρανών, τις περισσότερες φορές στην κατάσταση που συνδέονται με αυτές, τα ένζυμα μπορούν να συγκεντρωθούν σε εκείνες τις περιοχές των μεμβρανών όπου η περιεκτικότητα των υποστρωμάτων τους είναι μεγαλύτερη. Για παράδειγμα, ένζυμα που υδρολύουν πρωτεΐνες και άμυλο προσκολλώνται στις μεμβράνες των εντερικών μικρολάχνων, γεγονός που αυξάνει τον ρυθμό αποικοδόμησης αυτών των υποστρωμάτων.

Πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού . Ο κυτταροσκελετός είναι ένα σύνθετο δίκτυο πρωτεϊνικών ινών διαφόρων τύπων και υπάρχει μόνο στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Ο κυτταροσκελετός παρέχει μηχανική υποστήριξη για την πλασματική μεμβράνη, μπορεί να καθορίσει το σχήμα του κυττάρου, καθώς και τη θέση των οργανιδίων και την κίνησή τους κατά τη μίτωση. Με τη συμμετοχή του κυτταροσκελετού, πραγματοποιούνται επίσης σημαντικές διεργασίες για το κύτταρο όπως η ενδο- και εξωκυττάρωση, η φαγοκυττάρωση και η κίνηση των αμοιβάδων. Έτσι, ο κυτταροσκελετός είναι το δυναμικό πλαίσιο του κυττάρου και καθορίζει τη μηχανική του.

Ο κυτταροσκελετός σχηματίζεται από τρεις τύπους ινών:

1) μικρονημάτια(διάμετρος ~ 6 nm). Είναι νηματοειδή οργανίδια - πολυμερή της σφαιρικής πρωτεΐνης ακτίνης και άλλων πρωτεϊνών που σχετίζονται με αυτήν.

2) ενδιάμεσα νήματα (διάμετρος 8-10 nm). Σχηματίζεται από κερατίνες και σχετικές πρωτεΐνες.

3) μικροσωληνίσκους(διάμετρος ~ 23 nm) - μακριές σωληνοειδείς δομές.

Αποτελούνται από τη σφαιρική πρωτεΐνη τουμπουλίνη, οι υπομονάδες της οποίας σχηματίζουν έναν κοίλο κύλινδρο. Το μήκος των μικροσωληνίσκων μπορεί να φτάσει αρκετά μικρόμετρα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων και αρκετά χιλιοστά στους άξονες των νεύρων.

Αυτές οι δομές του κυτταροσκελετού διεισδύουν στο κύτταρο προς διαφορετικές κατευθύνσεις και συνδέονται στενά με τη μεμβράνη, προσκολλώνται σε αυτήν σε ορισμένα σημεία. Αυτά τα τμήματα της μεμβράνης παίζουν σημαντικό ρόλο στις μεσοκυτταρικές επαφές· με τη βοήθειά τους, τα κύτταρα μπορούν να προσκολληθούν στο υπόστρωμα. Παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη διαμεμβρανική κατανομή των λιπιδίων και των πρωτεϊνών στις μεμβράνες.

Πρωτεΐνες που σχετίζονται με πολικές κεφαλές λιπιδίων μεμβράνης

Πρωτεΐνες που σχηματίζουν σύμπλοκα με ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης

Επιφανειακές πρωτεΐνες

Οι επιφανειακές πρωτεΐνες συχνά προσκολλώνται στη μεμβράνη αλληλεπιδρώντας με ενσωματωμένες πρωτεΐνες ή επιφανειακές περιοχές της λιπιδικής στιβάδας.

Ένας αριθμός πεπτικών ενζύμων που εμπλέκονται στην υδρόλυση του αμύλου και των πρωτεϊνών συνδέονται με τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες των μεμβρανών των εντερικών μικρολάχνων.

Παραδείγματα τέτοιων συμπλοκών είναι σακχαράση-ισομαλτάση και μαλτάση-γλυκοαμυλάση. Είναι πιθανό ότι η σύνδεση αυτών των πεπτικών ενζύμων με τη μεμβράνη καθιστά δυνατή την υδρόλυση των υποστρωμάτων με υψηλό ρυθμό και την αφομοίωση των προϊόντων της υδρόλυσης από το κύτταρο.

Οι πολικές ή φορτισμένες περιοχές ενός μορίου πρωτεΐνης μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τις πολικές «κεφαλές» των λιπιδίων, σχηματίζοντας ιοντικούς δεσμούς και δεσμούς υδρογόνου. Επιπλέον, πολλές πρωτεΐνες διαλυτές στο κυτταρόπλασμα μπορούν, υπό ορισμένες συνθήκες, να συνδεθούν στην επιφάνεια της μεμβράνης για μικρό χρονικό διάστημα. Μερικές φορές η δέσμευση πρωτεϊνών είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την εκδήλωση ενζυματικής δραστηριότητας. Τέτοιες πρωτεΐνες, για παράδειγμα, περιλαμβάνουν πρωτεϊνική κινάση C, παράγοντες πήξης του αίματος.

Αγκύρωση με "άγκυρα" μεμβράνης

Μια «άγκυρα» μπορεί να είναι μια μη πολική περιοχή της πρωτεΐνης, κατασκευασμένη από αμινοξέα με υδρόφοβες ρίζες. Ένα παράδειγμα τέτοιας πρωτεΐνης είναι το κυτόχρωμα b 5 της μεμβράνης ER. Αυτή η πρωτεΐνη εμπλέκεται στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ως φορέας ηλεκτρονίων.

Ο ρόλος της «αγκύρωσης» της μεμβράνης μπορεί επίσης να εκτελεστεί από ένα υπόλειμμα λιπαρού οξέος ομοιοπολικά συνδεδεμένο με την πρωτεΐνη (μυριστικό - C 14 ή παλμιτικό - C 16). Οι πρωτεΐνες που σχετίζονται με τα λιπαρά οξέα εντοπίζονται κυρίως στην εσωτερική επιφάνεια της πλασματικής μεμβράνης. Το μυριστικό οξύ προστίθεται στη Ν-τελική γλυκίνη για να σχηματίσει έναν αμιδικό δεσμό. Το παλμιτικό οξύ σχηματίζει δεσμό θειοαιθέρα με κυστεΐνη ή εστερικό δεσμό με υπολείμματα σερίνης και θρεονίνης.

Μια μικρή ομάδα πρωτεϊνών μπορεί να αλληλεπιδράσει με την εξωτερική επιφάνεια του κυττάρου χρησιμοποιώντας μια φωσφατιδυλινοσιτολγλυκάνη ομοιοπολικά συνδεδεμένη στο C-άκρο της πρωτεΐνης. Αυτή η «άγκυρα» είναι συχνά ο μόνος σύνδεσμος μεταξύ της πρωτεΐνης και της μεμβράνης, επομένως, υπό τη δράση της φωσφολιπάσης C, αυτή η πρωτεΐνη διαχωρίζεται από τη μεμβράνη.

Μερικές από τις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες διεισδύουν στη μεμβράνη μία φορά (γλυκοφορίνη), άλλες έχουν πολλά τμήματα (τομείς) που διασχίζουν διαδοχικά τη διπλή στοιβάδα.

Ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες που περιέχουν από 1 έως 12 διαμεμβρανικές περιοχές. 1- υποδοχέας LDL; 2 - GLUT-1 - μεταφορέας γλυκόζης. 3 - υποδοχέας ινσουλίνης. 4 - αδρενεργικός υποδοχέας.

Οι διαμεμβρανικές περιοχές που εκτείνονται στη διπλή στιβάδα έχουν μια διαμόρφωση α-έλικας. Τα πολικά υπολείμματα αμινοξέων βρίσκονται στο εσωτερικό του σφαιριδίου, ενώ τα μη πολικά έρχονται σε επαφή με τα λιπίδια της μεμβράνης. Τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται «ανεστραμμένες» σε σύγκριση με τις υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες, στις οποίες τα περισσότερα από τα υδρόφοβα υπολείμματα αμινοξέων είναι κρυμμένα στο εσωτερικό τους και τα υδρόφιλα βρίσκονται στην επιφάνεια.

βιολογικές μεμβράνεςπου βρίσκονται στο όριο του κυττάρου και του εξωκυττάριου χώρου, καθώς και στα όρια των μεμβρανικών οργανιδίων του κυττάρου (μιτοχόνδρια, ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi, λυσοσώματα, υπεροξισώματα, πυρήνας, μεμβρανικά κυστίδια) και το κυτταρόπλασμα είναι απαραίτητα για την λειτουργία τόσο του κυττάρου στο σύνολό του όσο και των οργανιδίων του. Οι κυτταρικές μεμβράνες έχουν μια θεμελιωδώς παρόμοια μοριακή οργάνωση. Σε αυτό το κεφάλαιο, οι βιολογικές μεμβράνες εξετάζονται κυρίως στο παράδειγμα της πλασματικής μεμβράνης (πλασμολέμμα), που οριοθετεί το κύτταρο από το εξωκυτταρικό περιβάλλον.

Οποιος βιολογική μεμβράνη(Εικ. 2–1) αποτελείται από φωσφολιπίδια(~50%) και πρωτεΐνες (έως 40%). Σε μικρότερες ποσότητες, η μεμβράνη περιέχει άλλα λιπίδια, χοληστερόλη και υδατάνθρακες.

Ρύζι. 2–1. αποτελείται από ένα διπλό στρώμα φωσφολιπίδια, τα υδρόφιλα μέρη της οποίας (κεφαλές) κατευθύνονται προς την επιφάνεια της μεμβράνης και τα υδρόφοβα μέρη (ουρές που σταθεροποιούν τη μεμβράνη σε μορφή διπλής στιβάδας) μέσα στη μεμβράνη. I - αναπόσπαστες πρωτεΐνεςενσωματωμένο στη μεμβράνη. Τ - διαμεμβρανικές πρωτεΐνεςδιαπερνούν όλο το πάχος της μεμβράνης. P - περιφερικές πρωτεΐνεςβρίσκεται είτε στην εξωτερική είτε στην εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης.

Φωσφολιπίδια. Το μόριο φωσφολιπιδίου αποτελείται από ένα πολικό (υδρόφιλο) μέρος (κεφαλή) και μια άπολη (υδρόφοβη) διπλή ουρά υδρογονάνθρακα. Στην υδατική φάση, τα μόρια των φωσφολιπιδίων συσσωματώνουν αυτόματα ουρά σε ουρά, σχηματίζοντας το πλαίσιο μιας βιολογικής μεμβράνης (Εικ. 2-1 και 2-2) με τη μορφή διπλής στιβάδας (διστοιβάδας). Έτσι, στη μεμβράνη, οι ουρές των φωσφολιπιδίων (λιπαρά οξέα) κατευθύνονται μέσα στη διπλή στιβάδα και οι κεφαλές που περιέχουν φωσφορικές ομάδες στρέφονται προς τα έξω.

Αραχιδονικό οξύ.Από τα φωσφολιπίδια της μεμβράνης, απελευθερώνεται αραχιδονικό οξύ - πρόδρομος του Pg, θρομβοξανών, λευκοτριενίων και μιας σειράς άλλων βιολογικά δραστικών ουσιών με πολλές λειτουργίες (φλεγμονώδεις μεσολαβητές, αγγειοδραστικοί παράγοντες, δεύτεροι μεσολαβητές κ.λπ.).

Λιποσώματα- Μεμβρανικά κυστίδια παρασκευασμένα τεχνητά από φωσφολιπίδια με διάμετρο 25 nm έως 1 μm. Λιποσώματαχρησιμοποιείται ως μοντέλα βιολογικών μεμβρανών, καθώς και για την εισαγωγή διαφόρων ουσιών στο κύτταρο (για παράδειγμα, γονίδια, φάρμακα). Η τελευταία περίσταση βασίζεται στο γεγονός ότι οι δομές της μεμβράνης (συμπεριλαμβανομένων των λιποσωμάτων) συντήκονται εύκολα (λόγω της διπλοστοιβάδας φωσφολιπιδίων).

σκίουροιΟι βιολογικές μεμβράνες χωρίζονται σε ενσωματωμένες (συμπεριλαμβανομένης της διαμεμβράνης) και περιφερειακές (Εικ. 2-1 και 2-2).

Ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης (σφαιρικά) είναι ενσωματωμένα στη λιπιδική διπλοστιβάδα. Τα υδρόφιλα αμινοξέα τους αλληλεπιδρούν με τις φωσφορικές ομάδες των φωσφολιπιδίων, ενώ τα υδρόφοβα αμινοξέα τους αλληλεπιδρούν με τις αλυσίδες λιπαρών οξέων. Οι ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες περιλαμβάνουν πρωτεΐνες προσκόλλησης, ορισμένες πρωτεΐνες υποδοχέα (υποδοχείς μεμβράνης).

διαμεμβρανική πρωτεΐνη - ένα μόριο πρωτεΐνης που διέρχεται από όλο το πάχος της μεμβράνης και προεξέχει από αυτήν τόσο στην εξωτερική όσο και στην εσωτερική επιφάνεια. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες περιλαμβάνουν πόρους, κανάλια ιόντων, μεταφορείς, αντλίες και μερικές πρωτεΐνες υποδοχέα.

Πόροι και κανάλια- διαμεμβρανικά μονοπάτια, κατά μήκος των οποίων το νερό, τα ιόντα και τα μόρια του μεταβολίτη κινούνται μεταξύ του κυτοσόλης και του μεσοκυττάριου χώρου (και προς την αντίθετη κατεύθυνση).

μεταφορείςπραγματοποιεί διαμεμβρανική κίνηση συγκεκριμένων μορίων (συμπεριλαμβανομένης της μεταφοράς ιόντων ή μορίων άλλου τύπου).

Γοβάκιαμετακινούν τα ιόντα ενάντια στη συγκέντρωση και τις ενεργειακές τους διαβαθμίσεις (ηλεκτροχημική βαθμίδα) χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την υδρόλυση ATP.

Πρωτεΐνες περιφερικής μεμβράνης (ινίδια και σφαιρικά) βρίσκονται σε μία από τις επιφάνειες της κυτταρικής μεμβράνης (εξωτερική ή εσωτερική) και συνδέονται μη ομοιοπολικά με ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες.

Παραδείγματα πρωτεϊνών περιφερικής μεμβράνης που σχετίζονται με την εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης - πρωτεΐνες υποδοχέαΚαι πρωτεΐνες προσκόλλησης.

Παραδείγματα πρωτεϊνών περιφερικής μεμβράνης που σχετίζονται με την εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης είναι - κυτταροσκελετικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες του δεύτερου αγγελιαφόρου συστήματος, ένζυμακαι άλλες πρωτεΐνες.

πλευρική κινητικότητα.Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες μπορούν να ανακατανεμηθούν στη μεμβράνη ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με περιφερειακές πρωτεΐνες, στοιχεία του κυτταροσκελετού, μόρια στη μεμβράνη γειτονικών κυττάρων και συστατικά της εξωκυτταρικής μήτρας.

Υδατάνθρακες(κυρίως ολιγοσακχαρίτες) αποτελούν μέρος των γλυκοπρωτεϊνών και των γλυκολιπιδίων της μεμβράνης, αντιπροσωπεύοντας το 2–10% της μάζας της (Εικ. 2–2). Οι λεκτίνες αλληλεπιδρούν με τους υδατάνθρακες της κυτταρικής επιφάνειας. Αλυσίδες ολιγοσακχαριτών προεξέχουν στην εξωτερική επιφάνεια των κυτταρικών μεμβρανών και σχηματίζουν ένα επιφανειακό κέλυφος - γλυκοκάλυκα.

Γλυκοκάλυκα έχει πάχος περίπου 50 nm και αποτελείται από ολιγοσακχαρίτες που συνδέονται ομοιοπολικά με γλυκοπρωτεΐνες και γλυκολιπίδια της πλασματικής μεμβράνης. Λειτουργίες του γλυκοκάλυκα: μεσοκυττάρια αναγνώριση, μεσοκυττάρια αλληλεπιδράσεις, βρεγματική πέψη (ο γλυκοκάλυκας που καλύπτει τις μικρολάχνες των οριακών κυττάρων του εντερικού επιθηλίου περιέχει πεπτιδάσες και γλυκοσιδάσες που ολοκληρώνουν τη διάσπαση πρωτεϊνών και υδατανθράκων).

Διαπερατότητα μεμβράνης

Η διπλή στιβάδα μεμβράνης διαχωρίζει τις δύο υδατικές φάσεις. Έτσι, η πλασματική μεμβράνη διαχωρίζει το μεσοκυττάριο (διάμεσο) υγρό από το κυτταρόπλασμα και οι μεμβράνες των λυσοσωμάτων, των υπεροξισωμάτων, των μιτοχονδρίων και άλλων μεμβρανικών ενδοκυτταρικών οργανιδίων διαχωρίζουν το περιεχόμενό τους από το κυτταρόπλασμα. Βιολογική μεμβράνη - ημιπερατό φράγμα.

ημιπερατή μεμβράνη.Η βιολογική μεμβράνη ορίζεται ως ημιπερατή, δηλ. ένα φράγμα που είναι αδιαπέραστο από το νερό, αλλά διαπερατό από ουσίες που είναι διαλυμένες σε αυτό (ιόντα και μόρια).

Ημιπερατές δομές ιστών.Οι ημιπερατές δομές ιστών περιλαμβάνουν επίσης το τοίχωμα των τριχοειδών αγγείων και διάφορους φραγμούς (για παράδειγμα, το φράγμα διήθησης των νεφρικών σωματιδίων, το φράγμα αέρα-αιμάτων του αναπνευστικού τμήματος του πνεύμονα, τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και πολλά άλλα, αν και τέτοιοι φραγμοί - εκτός από τις βιολογικές μεμβράνες (πλασμόλεμμα) - περιλαμβάνουν επίσης μη μεμβρανικά συστατικά.Η διαπερατότητα τέτοιων δομών ιστού εξετάζεται στην ενότητα "Διακυτταρική διαπερατότητα" Κεφάλαιο 4 .

Οι φυσικοχημικές παράμετροι του μεσοκυττάριου υγρού και του κυτοσόλ είναι σημαντικά διαφορετικές (βλ. Πίνακες 2-1) και οι παράμετροι κάθε μεμβράνης ενδοκυτταρικού οργανοειδούς και κυτοσόλης είναι επίσης διαφορετικές. Η εξωτερική και η εσωτερική επιφάνεια μιας βιολογικής μεμβράνης είναι πολικές και υδρόφιλες, αλλά ο μη πολικός πυρήνας της μεμβράνης είναι υδρόφοβος. Επομένως, μη πολικές ουσίες μπορούν να διεισδύσουν στη λιπιδική διπλοστοιβάδα. Ταυτόχρονα, είναι η υδρόφοβη φύση του πυρήνα μιας βιολογικής μεμβράνης που καθορίζει τη θεμελιώδη αδυναμία άμεσης διείσδυσης πολικών ουσιών μέσω της μεμβράνης.

Μη πολικές ουσίες(για παράδειγμα, η αδιάλυτη στο νερό χοληστερόλη και τα παράγωγά της) διεισδύουν ελεύθερα στις βιολογικές μεμβράνες. Συγκεκριμένα, είναι για αυτόν τον λόγο που οι υποδοχείς στεροειδών ορμονών βρίσκονται μέσα στο κύτταρο.

πολικές ουσίες(για παράδειγμα, ιόντα Na+, K+ C1-, Ca2+· διάφοροι μικροί αλλά πολικοί μεταβολίτες, καθώς και σάκχαρα, νουκλεοτίδια, πρωτεΐνες και μακρομόρια νουκλεϊκών οξέων) δεν διαπερνούν από μόνα τους τις βιολογικές μεμβράνες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι υποδοχείς των πολικών μορίων (για παράδειγμα, οι πεπτιδικές ορμόνες) είναι ενσωματωμένοι στην πλασματική μεμβράνη και η μετάδοση του ορμονικού σήματος σε άλλα κυτταρικά διαμερίσματα πραγματοποιείται από δεύτερους αγγελιοφόρους.

Επιλεκτική διαπερατότητα- η διαπερατότητα της βιολογικής μεμβράνης σε σχέση με συγκεκριμένες χημικές ουσίες) - είναι σημαντική για τη διατήρηση της κυτταρικής ομοιόστασης. βέλτιστη περιεκτικότητα στο κύτταρο σε ιόντα, νερό, μεταβολίτες και μακρομόρια. Η κίνηση συγκεκριμένων ουσιών σε μια βιολογική μεμβράνη ονομάζεται διαμεμβρανική μεταφορά (transmembrane transport).

Κύτταρα. Η δέσμευση σε ένα μόριο σηματοδότησης (ορμόνη ή μεσολαβητής) συμβαίνει στη μία πλευρά της μεμβράνης και η κυτταρική απόκριση σχηματίζεται στην άλλη πλευρά της μεμβράνης. Έτσι, διαδραματίζουν μοναδικό και σημαντικό ρόλο στην επικοινωνία από κύτταρο σε κύτταρο και στη μεταγωγή σήματος.

Πολλοί διαμεμβρανικοί υποδοχείς αποτελούνται από δύο ή περισσότερες υπομονάδες που δρουν σε συνδυασμό και μπορούν να διαχωριστούν κατά τη δέσμευση σε έναν συνδέτη ή να αλλάξουν τη διαμόρφωσή τους και να μετακινηθούν στο επόμενο στάδιο του κύκλου ενεργοποίησης. Συχνά ταξινομούνται με βάση τη μοριακή τους δομή. Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες του απλούστερου από αυτούς τους υποδοχείς διασχίζουν τη λιπιδική διπλοστοιβάδα μόνο μία φορά, ενώ πολλές διασχίζουν τη διπλοστοιβάδα λιπιδίων επτά φορές (για παράδειγμα, υποδοχείς συζευγμένους με πρωτεΐνη G).

Δομή

Εξωκυτταρική περιοχή

Η εξωκυτταρική περιοχή είναι η περιοχή του υποδοχέα που βρίσκεται έξω από το κύτταρο ή το οργανοειδές. Εάν η πολυπεπτιδική αλυσίδα του υποδοχέα διασχίζει το κύτταρο αρκετές φορές, τότε η εξωτερική περιοχή μπορεί να αποτελείται από πολλούς βρόχους. Η κύρια λειτουργία του υποδοχέα είναι να αναγνωρίζει την ορμόνη (αν και ορισμένοι υποδοχείς είναι επίσης ικανοί να ανταποκρίνονται σε αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης) και σε πολλές περιπτώσεις η ορμόνη δεσμεύεται σε αυτόν τον τομέα.

διαμεμβρανική περιοχή

Μερικοί υποδοχείς είναι επίσης δίαυλοι πρωτεΐνης. Η διαμεμβρανική περιοχή αποτελείται κυρίως από διαμεμβρανικές α-έλικες. Σε ορισμένους υποδοχείς, όπως ο υποδοχέας νικοτινικής ακετυλοχολίνης, η διαμεμβρανική περιοχή σχηματίζει έναν μεμβρανικό πόρο ή ένα κανάλι ιόντων. Μετά την ενεργοποίηση της εξωκυτταρικής περιοχής (σύνδεση ορμονών), το κανάλι μπορεί να περάσει ιόντα. Σε άλλους υποδοχείς, μετά τη δέσμευση της ορμόνης, η διαμεμβρανική περιοχή αλλάζει τη διαμόρφωση της, η οποία έχει ενδοκυτταρική δράση.

ενδοκυτταρική περιοχή

Η ενδοκυτταρική ή κυτταροπλασματική περιοχή αλληλεπιδρά με το εσωτερικό του κυττάρου ή του οργανοειδούς, αναμεταδίδοντας το λαμβανόμενο σήμα. Υπάρχουν δύο θεμελιωδώς διαφορετικοί τρόποι τέτοιας αλληλεπίδρασης:

• Η ενδοκυτταρική περιοχή συνδέεται με πρωτεΐνες σηματοδότησης τελεστές, οι οποίες με τη σειρά τους μεταδίδουν το σήμα κατά μήκος της αλυσίδας σήματος στον προορισμό της.
• Εάν ο υποδοχέας σχετίζεται με ένα ένζυμο ή ο ίδιος έχει ενζυματική δραστηριότητα, η ενδοκυτταρική περιοχή ενεργοποιεί το ένζυμο (ή πραγματοποιεί μια ενζυματική αντίδραση).

Ταξινόμηση

Οι περισσότεροι διαμεμβρανικοί υποδοχείς ανήκουν σε μία από τις τρεις κατηγορίες, που διακρίνονται από τον κύριο μηχανισμό μεταγωγής σήματος. Ταξινόμηση των ιοντοτροπικών και μεταβοτροπικών διαμεμβρανικών υποδοχέων. Οι ιονοτροπικοί υποδοχείς, ή οι υποδοχείς συζευγμένοι με διαύλους ιόντων, εμπλέκονται, για παράδειγμα, στην ταχεία μετάδοση συναπτικών σημάτων μεταξύ νευρώνων και άλλων κυττάρων-στόχων που μπορούν να αντιληφθούν ηλεκτρικά σήματα.

Οι μεταβοτροπικοί υποδοχείς μεταδίδουν χημικά σήματα. Χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: υποδοχείς συζευγμένους με πρωτεΐνη G και υποδοχείς συζευγμένους με ένζυμα.

Οι συζευγμένοι με πρωτεΐνη G υποδοχείς ονομάζονται επίσης υποδοχείς 7TM (υποδοχείς επτά διαμεμβρανικών περιοχών, υποδοχείς με επτά διαμεμβρανικές περιοχές). Είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες με ένα εξωτερικό τμήμα για τη δέσμευση συνδέτη, ένα τμήμα μεμβράνης και ένα συζευγμένο με πρωτεΐνη G τμήμα κυτοσολίου. Διακρίνουν έξι κατηγορίες με βάση την ομοιότητα της δομής και των λειτουργιών των υποδοχέων, τις κατηγορίες A-F (ή 1-6), οι οποίες, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε πολλές οικογένειες. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει αισθητηριακούς υποδοχείς και αδρενεργικούς υποδοχείς.

Όπως οι GPCR, οι συζευγμένοι με ένζυμα υποδοχείς είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες στις οποίες η περιοχή δέσμευσης συνδέτη βρίσκεται έξω από τη μεμβράνη. Σε αντίθεση με τους GPCR, η κυτταροπλασματική τους περιοχή δεν συνδέεται με μια G-πρωτεΐνη, αλλά η ίδια έχει ενζυματική δραστηριότητα ή δεσμεύει το ένζυμο απευθείας. Συνήθως, αντί για επτά τμήματα, όπως στους GPCR, τέτοιοι υποδοχείς έχουν μόνο ένα διαμεμβρανικό τμήμα. Αυτοί οι υποδοχείς μπορεί να περιλαμβάνουν τις ίδιες οδούς σηματοδότησης με τους GPCR. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει, για παράδειγμα, τον υποδοχέα ινσουλίνης.

Υπάρχουν έξι κύριες κατηγορίες υποδοχέων συζευγμένων με ένζυμα:

• Υποδοχείς κινάσες τυροσίνης - μπορούν να φωσφορυλιώνουν απευθείας τα υπολείμματα τυροσίνης, τόσο τα δικά τους όσο και για ένα μικρό σύνολο πρωτεϊνών ενδοκυτταρικής σηματοδότησης.
• Οι συζευγμένοι με κινάση τυροσίνης υποδοχείς δεν είναι οι ίδιοι ενεργά ένζυμα, αλλά δεσμεύουν άμεσα τις κυτταροπλασματικές κινάσες τυροσίνης για μεταγωγή σήματος.
• Οι υποδοχείς κινάσες σερίνης-θρεονίνης - μπορούν να φωσφορυλιώνουν απευθείας υπολείμματα σερίνης ή θρεονίνης, τόσο τις δικές τους όσο και για τις πρωτεΐνες γονιδιακής ρύθμισης στις οποίες συνδέονται.
• Οι υποδοχείς που σχετίζονται με την κινάση της ιστιδίνης ενεργοποιούν μια οδό σηματοδότησης δύο σταδίων στην οποία η κινάση φωσφορυλιώνει τη δική της ιστιδίνη και αμέσως μεταφέρει φωσφορικό σε μια δεύτερη ενδοκυτταρική πρωτεΐνη σηματοδότησης.
• Οι υποδοχείς γουανυλικές κυκλάσες καταλύουν άμεσα την παραγωγή μορίων cGMP στο κυτταρόπλασμα, τα οποία δρουν ως ένας μικρός ενδοκυτταρικός αγγελιοφόρος σε μηχανισμούς πολύ παρόμοιους με το cAMP.
• Φωσφατάσες τυροσίνης που μοιάζουν με υποδοχείς - αφαιρούν φωσφορικές ομάδες από τυροσίνες των πρωτεϊνών ενδοκυτταρικής σηματοδότησης. Ονομάζονται σαν υποδοχείς επειδή ο μηχανισμός δράσης τους ως υποδοχείς παραμένει ασαφής.

Κανονισμός λειτουργίας

Στο κύτταρο, υπάρχουν διάφοροι τρόποι ρύθμισης της δραστηριότητας των διαμεμβρανικών υποδοχέων, οι πιο σημαντικοί τρόποι είναι η φωσφορυλίωση και η εσωτερίκευση των υποδοχέων.

δείτε επίσης

Σημειώσεις

Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .

Δείτε τι είναι οι "Διαμεμβρανικοί υποδοχείς" σε άλλα λεξικά:

Ακετυλοχολίνη Οι χολινεργικοί υποδοχείς (υποδοχείς ακετυλοχολίνης) είναι διαμεμβρανικοί υποδοχείς των οποίων ο συνδέτης είναι η ακετυλοχολίνη ... Wikipedia

Οι διαμεμβρανικοί υποδοχείς είναι μεμβρανικές πρωτεΐνες που βρίσκονται και λειτουργούν όχι μόνο στην εξωτερική κυτταρική μεμβράνη, αλλά και στις μεμβράνες των διαμερισμάτων και των κυτταρικών οργανιδίων. Η δέσμευση σε ένα μόριο σήματος (ορμόνη ή μεσολαβητής) συμβαίνει με ένα ... ... Wikipedia - Neuropilin 1 Σύμβολα σημειογραφίας NRP1 Entrez Gene ... Wikipedia

Διμερές ενός συμπλέγματος αισθητικής ροδοψίνης II και μιας πρωτεΐνης μετατροπέα. Η αισθητηριακή ροδοψίνη απεικονίζεται με μπλε χρώμα. Άποψη στο επίπεδο της μεμβράνης. Ροδοψία αφής ... Wikipedia

Δραστικό συστατικό ›› Choriogonadotropin alfa * (Choriogonadotropin alfa *) Λατινική ονομασία Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 Choriogonadotropin alfa Φαρμακολογική ομάδα: Ορμόνες του υποθαλάμου, της υπόφυσης, των γοναδοτροπινών και των ανταγωνιστών τους ... Ιατρικό Λεξικό

Η πρωτεϊνική κινάση Α είναι μια πρωτεϊνική κινάση της οποίας η δραστηριότητα εξαρτάται από το επίπεδο του cAMP στο κύτταρο. Η πρωτεϊνική κινάση Α ενεργοποιεί και αδρανοποιεί ένζυμα και άλλες πρωτεΐνες με φωσφορυλίωση (δηλαδή την προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας). Περιεχόμενα ... ... Wikipedia

Η πρωτεϊνική κινάση Α είναι μια πρωτεϊνική κινάση της οποίας η δραστηριότητα εξαρτάται από το επίπεδο του cAMP στο κύτταρο. Η πρωτεϊνική κινάση Α ενεργοποιεί και αδρανοποιεί ένζυμα και άλλες πρωτεΐνες με φωσφορυλίωση (δηλαδή την προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας). Περιεχόμενα 1 ... ... Wikipedia