Receptores transmembrana. Proteína transmembrana Producto final de las proteínas transmembrana.

: características y principios estructurales

1. Estructura de las proteínas de membrana.

La función principal de los lípidos en las membranas es estabilizar la estructura bicapa y las proteínas son componentes activos de las biomembranas. Discutiremos algunos principios que han demostrado ser útiles para dilucidar las características estructurales de las proteínas de membrana. Daremos ejemplos para ilustrar estos principios.

En los albores del desarrollo de la membranología, se creía que las proteínas de la membrana eran bastante homogéneas en su estructura y estaban dispuestas en forma de 3 capas en la superficie de una bicapa. Ahora nos inclinamos más a creer que, al menos en el caso de las proteínas transmembrana, aquellas partes de ellas que están sumergidas en la membrana contienen hélices α. Por supuesto, me gustaría mucho sacar algunas conclusiones inequívocas sobre este asunto, pero deben basarse en datos objetivos. Ante la enorme diversidad estructural de las proteínas solubles, se llega a la conclusión de que las proteínas integrales de membrana pueden ser mucho más complejas de lo que imaginamos actualmente. La clasificación de las proteínas solubles por tipo de estructura se llevó a cabo solo después de que se determinaran en alta resolución las estructuras de más de 100 proteínas diferentes. En cuanto a las proteínas transmembrana, esto se hizo sólo en un caso: la proteína del centro de reacción fotosintética de las bacterias. Junto con los datos de microscopía electrónica de baja resolución sobre la estructura de la bacteriorrodopsina, esta es la única fuente en la que se pueden basar los modelos para la mayoría de las demás proteínas transmembrana.

Otro punto importante son los métodos de unión de las proteínas a la membrana. Se muestran esquemáticamente en la Fig. 3.1.

1. Unión con proteínas sumergidas en la bicapa. Los ejemplos incluyen la parte Fi de la H+-ATPasa, que se une a la parte Fo incrustada en la membrana; También se pueden mencionar algunas proteínas citoesqueléticas.

2. Unión a la superficie bicapa. Esta interacción es principalmente de naturaleza electrostática o hidrofóbica. En la superficie de algunas proteínas de membrana hay dominios hidrófobos formados debido a características de la estructura secundaria o terciaria. Estas interacciones de superficie se pueden utilizar además de otras interacciones, como el anclaje transmembrana.

3. Unión mediante un “ancla” hidrofóbica; esta estructura suele revelarse como una secuencia de residuos de aminoácidos no polares. Algunas proteínas de membrana utilizan ácidos grasos o fosfolípidos unidos covalentemente como anclajes.

4. Proteínas transmembrana. Algunos de ellos cruzan la membrana sólo una vez, otros varias veces.

Las diferencias entre las proteínas de la membrana externa e interna no determinan únicamente el método de su unión a la bicapa; estas diferencias determinan sólo la fuerza relativa de su unión.

2. Purificación de proteínas de membrana.

Para purificar proteínas integrales de membrana y obtenerlas en forma bioquímicamente activa, se requieren detergentes para solubilizar las proteínas y conservarlas en solución. Los requisitos de detergente y la manipulación asociados plantean desafíos adicionales más allá de los que normalmente se encuentran en la purificación de proteínas. Se han desarrollado muchos métodos específicos para el aislamiento de proteínas integrales de membrana, pero la mayoría de los esquemas de purificación se basan en las mismas técnicas cromatográficas e hidrodinámicas utilizadas para las proteínas solubles. Se trata de cromatografía sobre DEAE-celulosa, Sefarosa o hidroxil-patita, filtración en gel, centrifugación en gradiente de densidad de sacarosa, etc. La correcta elección del detergente es muy importante, ya que es el detergente el que destruye la biomembrana, reemplazando a los lípidos. que rodea una proteína particular y determina la estabilidad de la proteína en solución. Los mecanismos de acción de los detergentes se analizan en la revisión.

2.1. DETERGENTES

Durante las últimas dos décadas, se ha puesto a disposición un gran número de detergentes adecuados para la purificación de proteínas integrales de membrana. En principio, se debería intentar encontrar un detergente que no altere las estructuras secundarias y terciarias de las proteínas de membrana, sino que sólo reemplace la mayoría o todos los lípidos de membrana en contacto con las regiones hidrófobas de la molécula de proteína. El objetivo final de la solubilización es incorporar la proteína a una micela de detergente; la estrategia de purificación posterior es separar dichos complejos proteína-detergente.

El primer problema es la selección de las condiciones óptimas para la solubilización de la proteína en estudio. Los detergentes desnaturalizantes de proteínas no son adecuados para esta delicada tarea. Por otro lado, muchos detergentes no destruyen eficazmente las membranas y forman micelas mixtas que contienen proteínas. Dichos detergentes pueden ser demasiado hidrófobos o demasiado hidrófilos para mezclarse eficazmente con los lípidos de la membrana y, si su concentración es lo suficientemente alta, para convertir la bicapa en micelas mixtas globulares. En un principio se esperaba que la elección del detergente requerido pudiera sistematizarse utilizando un único parámetro llamado equilibrio hidrofílico-lipofílico. Este parámetro, que varía de 1 a 20, se utiliza en la preparación de tensioactivos como medida de hidrofobicidad relativa. De hecho, se han obtenido algunas correlaciones, de las que se deduce que el valor HLB de un detergente puede utilizarse para predecir su comportamiento en sistemas biológicos. En términos generales, se puede decir que los detergentes con un valor HLB en el rango de 12,5 a 14,5 son los disolventes más eficaces para las proteínas integrales de membrana. Sin embargo, posteriormente quedó claro que la búsqueda de detergentes óptimos para una determinada proteína de membrana requiere tener en cuenta muchos factores y siempre debe ir acompañada de pruebas empíricas. Se debe tener en cuenta lo siguiente.

1.Máxima solubilización de la proteína en estudio. El criterio es la transferencia de proteínas al sobrenadante después de la centrifugación, durante la cual la membrana sedimenta.

2.Solubilización de proteínas en la forma deseada. Habitualmente hablamos de preservar su actividad enzimática, pero en ocasiones se utilizan determinadas características espectrales o la presencia de asociados proteicos específicos. Además, la estabilidad de las proteínas después de la solubilización es un requisito previo. En algunos casos, se añaden fosfolípidos exógenos junto con el detergente para mantener la actividad bioquímica. Un ejemplo es la producción de lactosa permeasa y proteína del canal de sodio de E. coli. A veces se añade glicerol u otro poliol para estabilizar la proteína después de la solubilización. Tiene sentido utilizar también inhibidores de proteasa y realizar la solubilización en condiciones que minimicen la probabilidad de su degradación proteolítica.

3. Posibilidad de utilizar detergente en esta técnica. En primer lugar es necesario tener en cuenta la carga del detergente, el comportamiento a un valor de pH determinado, la CMC y el tamaño de las micelas del detergente. Estas últimas propiedades son especialmente importantes. Los detergentes con bajo contenido de CMC que forman micelas grandes no se eliminan mediante diálisis o ultrafiltración porque la concentración de monómeros del detergente es demasiado baja. En términos prácticos, esto significa que si la proteína se concentra mediante ultrafiltración, la concentración de detergente con bajo contenido de CMC también aumentará, lo que puede provocar la desnaturalización de la proteína. Por este motivo, muchos investigadores prefieren utilizar detergentes con CMC elevadas, como el octilglucósido, las sales biliares o los detergentes zwitteriónicos más modernos. Las resinas de poliestireno, como Biobidz SM-2, son muy valiosas. Se unen selectivamente a detergentes como Triton X-100, los eliminan de la solución y permiten prescindir por completo de la diálisis. Otro factor a considerar es la ligera absorción del detergente. Algunos detergentes, como Triton X-100, absorben en la región cercana a los rayos UV, lo que hace imposible determinar la concentración de proteínas midiendo la absorbancia a 280 nm.

Teniendo en cuenta todos estos factores, queda claro por qué en muchos casos es necesario utilizar diferentes detergentes al aislar proteínas integrales de membrana. Por ejemplo, se puede utilizar Triton X-100 para la solubilización, pero la separación con DEAE-celulosa se realiza mejor en presencia de octilglucósido. Los detergentes se pueden cambiar en la etapa de cromatografía, durante la centrifugación en gradiente de densidad y, en algunos casos, mediante diálisis. Debe tenerse en cuenta que un detergente que no sea adecuado para solubilizar una proteína particular puede ser muy eficaz para mantener la proteína en solución después de un cambio de detergente. La purificación casi siempre debe realizarse con un exceso de detergente en solución, de lo contrario el equilibrio se desplazará hacia la agregación de proteínas de membrana en lugar de hacia la formación de complejos proteína-detergente. En algunos casos, dicha agregación puede incluso ser deseable y el paso final de purificación puede consistir en eliminar el detergente. Pero, por regla general, si falta detergente, se producen precipitaciones irreversibles y pérdida de proteínas.

La necesidad de mantener la concentración de detergente a un cierto nivel crea dificultades adicionales además de las que normalmente se encuentran en la purificación de proteínas; Ya hemos hablado de algunos de ellos. También surgen problemas cuando se utiliza el método estándar de salinización con altas concentraciones de sulfato de amonio: en muchos casos, la proteína precipita en combinación con el detergente y los lípidos. Dado que la solución salina tiene una alta densidad y el contenido de detergente en el agregado es relativamente bajo, durante la centrifugación el precipitado permanecerá en la superficie. Es importante recordar que los complejos proteína-detergente están sujetos a purificación, a menudo con una cantidad significativa de fosfolípidos unidos. Esto afecta la calidad de la separación durante la cromatografía, así como los resultados de la caracterización de las proteínas prosolubles finales; es necesario determinar el número y peso molecular de las subunidades polipeptídicas, su estequiometría, tamaño y, posiblemente, forma de la molécula, así como, si es necesario, la actividad bioquímica.

Los lípidos de las membranas son los principales responsables de sus propiedades estructurales: crean una bicapa o matriz en la que se encuentran los componentes activos de la membrana, las proteínas. Son las proteínas las que dan a varias membranas su singularidad y les proporcionan propiedades específicas. Numerosas proteínas de membrana realizan las siguientes funciones principales: determinan la transferencia de sustancias a través de las membranas (funciones de transporte), realizan catálisis, proporcionan los procesos de fotofosforilación y fosforilación oxidativa, replicación del ADN, traducción y modificación de proteínas, recepción y transmisión de señales de impulsos nerviosos, etc.

Se acostumbra dividir las proteínas de membrana en 2 grupos: integral(interno) y periférico(externo). El criterio para dicha separación es el grado de fuerza de unión de la proteína a la membrana y, en consecuencia, el grado de severidad del procesamiento necesario para extraer la proteína de la membrana. Por lo tanto, las proteínas periféricas pueden liberarse en solución incluso cuando las membranas se lavan con mezclas tampón con baja fuerza iónica, valores de pH bajos en presencia de sustancias quelantes, como el etilendiaminotetraacetato (EDTA), que se unen a cationes divalentes. Las proteínas periféricas se liberan de las membranas en condiciones tan leves porque están asociadas con cabezas de lípidos o con otras proteínas de membrana mediante interacciones electrostáticas débiles, o con interacciones hidrofóbicas con colas de lípidos. Por el contrario, las proteínas integrales son moléculas anfifílicas, tienen grandes regiones hidrofóbicas en su superficie y se ubican en el interior de la membrana, por lo que su extracción requiere la destrucción de la bicapa. Para estos fines, se utilizan con mayor frecuencia detergentes o disolventes orgánicos. Los métodos para unir proteínas a la membrana son bastante variados (fig. 4.8).

Proteínas de transporte. La bicapa lipídica es una barrera impermeable para la mayoría de las moléculas e iones solubles en agua, y su transporte a través de biomembranas depende de la actividad de las proteínas de transporte. Hay dos tipos principales de estas proteínas: canales(poros) y transportistas. Los canales son túneles que atraviesan membranas, en los que se puede acceder simultáneamente a los puntos de unión de las sustancias transportadas en ambas superficies de la membrana. Los canales no sufren ningún cambio conformacional durante el transporte de sustancias; su conformación cambia solo al abrirse y cerrarse. Los portadores, por el contrario, cambian su conformación durante la transferencia de sustancias a través de la membrana. Además, en cualquier momento dado, el lugar de unión de la sustancia transportada en el soporte sólo es accesible en una superficie de la membrana.

Los canales, a su vez, se pueden dividir en dos grupos principales: dependientes del voltaje y regulados químicamente. Un ejemplo de canal dependiente del potencial es el canal de Na +; su funcionamiento se regula cambiando el voltaje del campo eléctrico. En otras palabras, estos canales se abren y cierran en respuesta al cambio. potencial transmembrana. Canales regulados químicamente

se abren y cierran en respuesta a la unión de agentes químicos específicos. Por ejemplo, el receptor nicotínico de acetilcolina, cuando un neurotransmisor se une a él, adopta una conformación abierta y permite el paso de cationes monovalentes (subsección 4.7 de este capítulo). Los términos "poro" y "canal" suelen usarse indistintamente, pero los poros se entienden más a menudo como estructuras no selectivas que distinguen sustancias principalmente por su tamaño y permiten el paso de todas las moléculas suficientemente pequeñas. Los canales suelen entenderse como canales iónicos. La velocidad de transporte a través del canal abierto alcanza 10 6 - 10 8 iones por segundo.

Los transportadores también se pueden dividir en 2 grupos: pasivos y activos. Con la ayuda de transportadores pasivos, se transporta un tipo de sustancia a través de la membrana. Los transportadores pasivos participan en difusión facilitada y solo aumenta el flujo de sustancias a lo largo de un gradiente electroquímico (por ejemplo, la transferencia de glucosa a través de las membranas de los eritrocitos). Los portadores activos transportan sustancias a través de la membrana utilizando energía. Estas proteínas transportadoras acumulan sustancias en un lado de la membrana y las transportan en contra del gradiente electroquímico. La velocidad del transporte mediante transportadores depende en gran medida de su tipo y oscila entre 30 y 10 5 s -1. Los términos “permease” y “translocase” se utilizan a menudo para designar a transportistas individuales, que pueden considerarse sinónimos del término “transportador”.

Funciones enzimáticas de las proteínas de membrana.. En las membranas celulares funcionan una gran cantidad de enzimas diferentes. Algunos de ellos se localizan en la membrana, encontrando allí un ambiente adecuado para la transformación de compuestos hidrófobos, otros, gracias a la participación de las membranas, se ubican en ella en estricto orden, catalizando sucesivas etapas de procesos vitales, mientras que otros requieren la ayuda de lípidos para estabilizar su conformación y mantener la actividad. Se encontraron enzimas en biomembranas, representantes de todas las clases conocidas. Pueden atravesar la membrana, estar presentes en ella en forma disuelta o, al ser proteínas periféricas, unirse a las superficies de la membrana en respuesta a cualquier señal. Se pueden distinguir los siguientes tipos característicos de enzimas de membrana:

1) enzimas transmembrana que catalizan reacciones acopladas en lados opuestos de la membrana. Estas enzimas suelen tener varios centros activos ubicados en lados opuestos de la membrana. Los representantes típicos de tales enzimas son componentes de la cadena respiratoria o centros redox fotosintéticos que catalizan procesos redox asociados con el transporte de electrones y la creación de gradientes iónicos en la membrana;

2) enzimas transmembrana implicadas en el transporte de sustancias. Las proteínas transportadoras que, por ejemplo, combinan la transferencia de sustancias con la hidrólisis de ATP, tienen una función catalítica;

3) enzimas que catalizan la transformación de sustratos unidos a membranas. Estas enzimas intervienen en el metabolismo de los componentes de la membrana: fosfolípidos, glicolípidos, esteroides, etc.

4) enzimas implicadas en la transformación de sustratos solubles en agua. Con la ayuda de membranas, generalmente en estado adherido, las enzimas pueden concentrarse en aquellas áreas de la membrana donde el contenido de sus sustratos es mayor. Por ejemplo, las enzimas que hidrolizan proteínas y almidón están adheridas a las membranas de las microvellosidades intestinales, lo que ayuda a aumentar la tasa de descomposición de estos sustratos.

Proteínas citoesqueléticas . El citoesqueleto es una red compleja de fibras proteicas de varios tipos y está presente sólo en las células eucariotas. El citoesqueleto proporciona soporte mecánico a la membrana plasmática y puede determinar la forma de la célula, así como la ubicación de los orgánulos y su movimiento durante la mitosis. Con la participación del citoesqueleto, también se llevan a cabo procesos tan importantes para la célula como la endo y exocitosis, la fagocitosis y el movimiento ameboide. Así, el citoesqueleto es el marco dinámico de la célula y determina su mecánica.

El citoesqueleto está formado por tres tipos de fibras:

1) microfilamentos(diámetro ~6 nm). Son orgánulos en forma de hilos: polímeros de la proteína globular actina y otras proteínas asociadas con ella;

2) filamentos intermedios (diámetro 8-10 nm). Formado por queratinas y proteínas relacionadas;

3) microtúbulos(diámetro ~ 23 nm) - estructuras tubulares largas.

Consisten en una proteína globular llamada tubulina, cuyas subunidades forman un cilindro hueco. La longitud de los microtúbulos puede alcanzar varios micrómetros en el citoplasma de las células y varios milímetros en los axones de los nervios.

Las estructuras citoesqueléticas enumeradas penetran en la célula en diferentes direcciones y están estrechamente asociadas con la membrana, adhiriéndose a ella en algunos puntos. Estas secciones de la membrana juegan un papel importante en los contactos intercelulares; con su ayuda, las células pueden adherirse al sustrato. También desempeñan un papel importante en la distribución transmembrana de lípidos y proteínas en las membranas.

Proteínas asociadas con las cabezas polares de los lípidos de membrana.

Proteínas que forman complejos con proteínas integrales de membrana.

Proteínas de superficie

Las proteínas de superficie a menudo se adhieren a la membrana, interactuando con proteínas integrales o regiones superficiales de la capa lipídica.

Varias enzimas digestivas implicadas en la hidrólisis del almidón y las proteínas están unidas a las proteínas integrales de la membrana de las microvellosidades intestinales.

Ejemplos de tales complejos son sacarasa-isomaltasa y maltasa-glicoamilasa. Quizás la conexión de estas enzimas digestivas con la membrana permita la hidrólisis de sustratos a alta velocidad y la absorción de los productos de la hidrólisis por parte de la célula.

Los dominios polares o cargados de una molécula de proteína pueden interactuar con las cabezas polares de los lípidos, formando enlaces iónicos y de hidrógeno. Además, muchas proteínas solubles en el citosol pueden, bajo ciertas condiciones, unirse a la superficie de la membrana durante un corto tiempo. A veces, la unión a proteínas es una condición necesaria para la manifestación de la actividad enzimática. Estas proteínas incluyen, por ejemplo, la proteína quinasa C y los factores de coagulación sanguínea.

Fijación con "ancla" de membrana.

El "ancla" puede ser un dominio proteico no polar construido a partir de aminoácidos con radicales hidrofóbicos. Un ejemplo de dicha proteína es el citocromo b 5 de la membrana del RE. Esta proteína participa en reacciones redox como portadora de electrones.

El papel de "ancla" de la membrana también puede ser desempeñado por un residuo de ácido graso unido covalentemente a una proteína (mirístico - C 14 o palmítico - C 16). Las proteínas asociadas con los ácidos grasos se localizan principalmente en la superficie interna de la membrana plasmática. El ácido mirístico se agrega a la glicina N-terminal para formar un enlace amida. El ácido palmítico forma un enlace tioéster con cisteína o un enlace éster con residuos de serina y treonina.

Un pequeño grupo de proteínas puede interactuar con la superficie exterior de la célula utilizando una proteína fosfatidilinositol glicano unida covalentemente al extremo C de la proteína. Este "ancla" es a menudo el único vínculo entre la proteína y la membrana, por lo que bajo la acción de la fosfolipasa C, esta proteína se separa de la membrana.

Algunas de las proteínas transmembrana atraviesan la membrana una vez (glicoforina), otras tienen varias regiones (dominios) que cruzan secuencialmente la bicapa.

Proteínas integrales de membrana que contienen de 1 a 12 dominios transmembrana. 1- receptor de LDL; 2 - GLUT-1 - transportador de glucosa; 3 - receptor de insulina; 4 - adrenorreceptor.

Los dominios transmembrana que abarcan la bicapa tienen una conformación de hélice α. Los residuos de aminoácidos polares se enfrentan al interior del glóbulo y los no polares están en contacto con los lípidos de la membrana. Estas proteínas se denominan "invertidas" en comparación con las proteínas solubles en agua, en las que la mayoría de los residuos de aminoácidos hidrófobos están ocultos en el interior y los hidrófilos se encuentran en la superficie.

Membranas biológicas, situados en el borde de la célula y el espacio extracelular, así como en el borde de los orgánulos de membrana de la célula (mitocondrias, retículo endoplasmático, complejo de Golgi, lisosomas, peroxisomas, núcleo, vesículas de membrana) y el citosol son esenciales para la funcionamiento tanto de la célula en su conjunto como de sus orgánulos. Las membranas celulares tienen una organización molecular fundamentalmente similar. En este capítulo, las membranas biológicas se analizan principalmente utilizando el ejemplo de la membrana plasmática (plasmolema), que separa la célula del entorno extracelular.

Cualquier membrana biológica(Figura 2-1) consta de fosfolípidos(~50%) y proteínas (hasta un 40%). En menores cantidades, la membrana contiene otros lípidos, colesterol y carbohidratos.

Arroz. 2–1. consta de una doble capa fosfolípidos, cuyas partes hidrófilas (cabezas) se dirigen hacia la superficie de la membrana, y las partes hidrófobas (colas que estabilizan la membrana en forma de bicapa) hacia la membrana. I - proteínas integrales sumergido en una membrana. T - proteínas transmembrana penetrar todo el espesor de la membrana. P - proteínas periféricas ubicado en la superficie exterior o interior de la membrana.

Fosfolípidos. Una molécula de fosfolípido consta de una parte polar (hidrófila) (cabeza) y una doble cola de hidrocarburo apolar (hidrófoba). En la fase acuosa, las moléculas de fosfolípidos se agregan automáticamente cola con cola, formando la estructura de la membrana biológica (Figs. 2-1 y 2-2) en forma de una doble capa (bicapa). Así, en la membrana, las colas de los fosfolípidos (ácidos grasos) se dirigen hacia la bicapa y las cabezas que contienen grupos fosfato se dirigen hacia afuera.

Ácido araquidónico. El ácido araquidónico se libera a partir de los fosfolípidos de membrana, un precursor de Pg, tromboxanos, leucotrienos y otras sustancias biológicamente activas con muchas funciones (mediadores inflamatorios, factores vasoactivos, segundos mensajeros, etc.).

liposomas- vesículas de membrana preparadas artificialmente a partir de fosfolípidos con un diámetro de 25 nm a 1 μm. liposomas utilizados como modelos de membranas biológicas, así como para introducir diversas sustancias (por ejemplo, genes, fármacos) en las células; esta última circunstancia se basa en el hecho de que las estructuras de membrana (incluidos los liposomas) se fusionan fácilmente (debido a la bicapa de fosfolípidos).

Ardillas Las membranas biológicas se dividen en integrales (incluidas las transmembrana) y periféricas (fig. 2-1 y 2-2).

Proteínas integrales de membrana (globular) incrustado en la bicapa lipídica. Sus aminoácidos hidrófilos interactúan con los grupos fosfato de los fosfolípidos y sus aminoácidos hidrófobos interactúan con las cadenas de ácidos grasos. Las proteínas integrales de membrana incluyen proteínas de adhesión y algunas proteínas receptoras (receptores de membrana).

Proteína transmembrana - una molécula de proteína que atraviesa todo el espesor de la membrana y sobresale de ella tanto en la superficie exterior como en la interior. Las proteínas transmembrana incluyen poros, canales iónicos, transportadores, bombas y algunas proteínas receptoras.

Poros y canales- vías transmembrana por las que se mueven agua, iones y moléculas de metabolitos entre el citosol y el espacio intercelular (y en la dirección opuesta).

Vectores llevar a cabo el movimiento transmembrana de moléculas específicas (incluso en combinación con la transferencia de iones o moléculas de otro tipo).

Zapatillas mueven iones contra sus gradientes de concentración y energía (gradiente electroquímico) utilizando la energía liberada por la hidrólisis del ATP.

Proteínas de membrana periférica (fibrilares y globulares) se encuentran en una de las superficies de la membrana celular (externa o interna) y están asociados de forma no covalente con proteínas integrales de membrana.

Ejemplos de proteínas de membrana periférica asociadas con la superficie exterior de la membrana son: proteínas receptoras Y proteínas de adhesión.

Ejemplos de proteínas de membrana periférica asociadas con la superficie interna de la membrana son: Proteínas del citoesqueleto, proteínas del sistema de segundo mensajero, enzimas. y otras proteínas.

Movilidad lateral. Las proteínas integrales pueden redistribuirse en la membrana como resultado de la interacción con proteínas periféricas, elementos citoesqueléticos, moléculas de la membrana de una célula adyacente y componentes de la matriz extracelular.

carbohidratos(principalmente oligosacáridos) forman parte de las glicoproteínas y glicolípidos de la membrana y representan entre el 2 y el 10% de su masa (fig. 2-2). Las lectinas interactúan con los carbohidratos de la superficie celular. Las cadenas de oligosacáridos sobresalen de la superficie exterior de las membranas celulares y forman la capa superficial. glicocalix.

glicocalix Tiene un espesor de aproximadamente 50 nm y está formado por oligosacáridos asociados covalentemente con glicoproteínas y glicolípidos del plasmalema. Funciones del glucocáliz: reconocimiento intercelular, interacciones intercelulares, digestión parietal (el glucocáliz que recubre las microvellosidades de las células fronterizas del epitelio intestinal contiene peptidasas y glicosidasas que completan la descomposición de proteínas y carbohidratos).

Permeabilidad de la membrana

La bicapa de membrana separa las dos fases acuosas. Así, la membrana plasmática separa el líquido intercelular (intersticial) del citosol, y las membranas de lisosomas, peroxisomas, mitocondrias y otros orgánulos intracelulares membranosos separan su contenido del citosol. Membrana biológica - barrera semipermeable.

Membrana semipermeable. Una membrana biológica se define como semipermeable, es decir. una barrera que no es permeable al agua, pero sí a las sustancias disueltas en ella (iones y moléculas).

Estructuras tisulares semipermeables. Las estructuras de tejido semipermeables también incluyen la pared de los capilares sanguíneos y diversas barreras (por ejemplo, la barrera de filtración de los corpúsculos renales, la barrera aerohemática de la parte respiratoria del pulmón, la barrera hematoencefálica y muchas otras, aunque tales barreras - además de las membranas biológicas (plasmolema), también incluyen componentes que no son membranas. La permeabilidad de tales estructuras tisulares se analiza en la sección "Permeabilidad transcelular" Capítulo 4 .

Los parámetros fisicoquímicos del líquido intercelular y del citosol son significativamente diferentes (consulte la tabla 2-1), y los parámetros de cada orgánulo intracelular de membrana y del citosol también son diferentes. Las superficies exterior e interior de una membrana biológica son polares e hidrófilas, pero el núcleo no polar de la membrana es hidrófobo. Por tanto, las sustancias apolares pueden penetrar la bicapa lipídica. Al mismo tiempo, es la naturaleza hidrofóbica del núcleo de una membrana biológica lo que determina la imposibilidad fundamental de la penetración directa de sustancias polares a través de la membrana.

Sustancias no polares(por ejemplo, el colesterol insoluble en agua y sus derivados) penetran libremente en las membranas biológicas. En particular, es por esta razón que los receptores de hormonas esteroides se encuentran dentro de la célula.

Sustancias polares(por ejemplo, iones Na+, K+ C1-, Ca2+; diversos metabolitos pequeños pero polares, así como azúcares, nucleótidos, proteínas y macromoléculas de ácidos nucleicos) no penetran por sí solos en las membranas biológicas. Es por eso que los receptores de moléculas polares (por ejemplo, las hormonas peptídicas) están integrados en la membrana plasmática y los segundos mensajeros transmiten la señal hormonal a otros compartimentos celulares.

Permeabilidad selectiva- la permeabilidad de una membrana biológica a sustancias químicas específicas) es importante para mantener la homeostasis celular. Contenido óptimo de iones, agua, metabolitos y macromoléculas en la célula. El movimiento de sustancias específicas a través de una membrana biológica se llama transporte transmembrana (transporte transmembrana).

Células. La unión a una molécula de señalización (hormona o transmisor) ocurre en un lado de la membrana y la respuesta celular se forma en el otro lado de la membrana. Por tanto, desempeñan un papel único e importante en la comunicación intercelular y la transducción de señales.

Muchos receptores transmembrana están compuestos por dos o más subunidades que actúan en conjunto y pueden disociarse al unirse a un ligando o cambiar su conformación y pasar a la siguiente etapa del ciclo de activación. A menudo se clasifican según su estructura molecular. Las cadenas polipeptídicas de los receptores más simples cruzan la bicapa lipídica sólo una vez, mientras que muchas cruzan la bicapa lipídica siete veces (por ejemplo, los receptores acoplados a proteína G).

Estructura

Dominio extracelular

El dominio extracelular es la región del receptor que se encuentra fuera de la célula u orgánulo. Si la cadena polipeptídica del receptor atraviesa la célula varias veces, el dominio externo puede constar de varios bucles. La función principal del receptor es detectar una hormona (aunque algunos receptores también son capaces de responder a cambios en el potencial de membrana) y en muchos casos la hormona se une a este dominio.

Dominio transmembrana

Algunos receptores también son canales de proteínas. El dominio transmembrana se compone principalmente de hélices α transmembrana. En algunos receptores, como el receptor nicotínico de acetilcolina, el dominio transmembrana forma un poro de membrana o canal iónico. Una vez que se activa el dominio extracelular (unión hormonal), el canal puede permitir el paso de iones. En otros receptores, después de la unión de la hormona, el dominio transmembrana cambia su conformación, lo que tiene un efecto intracelular.

Dominio intracelular

El dominio intracelular o citoplasmático interactúa con el interior de la célula u orgánulo, transmitiendo la señal recibida. Hay dos formas fundamentalmente diferentes de dicha interacción:

• El dominio intracelular se une a proteínas de señalización efectoras, que a su vez transmiten la señal a lo largo de la cadena de señalización hasta su destino.
• Si el receptor está asociado a una enzima o tiene actividad enzimática, el dominio intracelular activa la enzima (o lleva a cabo una reacción enzimática).

Clasificación

La mayoría de los receptores transmembrana pertenecen a una de tres clases, que se distinguen por el mecanismo principal de transducción de señales. Se clasifican los receptores transmembrana ionotrópicos y metabotrópicos. Los receptores ionotrópicos, o receptores acoplados a canales iónicos, participan, por ejemplo, en la transmisión rápida de señales sinápticas entre neuronas y otras células diana que pueden detectar señales eléctricas.

Los receptores metabotrópicos transmiten señales químicas. Se dividen en dos grandes clases: receptores acoplados a proteína G y receptores acoplados a enzimas.

Los receptores acoplados a proteína G también se denominan receptores 7TM (receptores de siete dominios transmembrana). Son proteínas transmembrana con un segmento externo para la unión del ligando, un segmento de membrana y un segmento citosólico acoplado a una proteína G. Se dividen en seis clases según la similitud de la estructura y función de los receptores, clases A-F (o 1-6), que, a su vez, se dividen en muchas familias. Esta clase incluye receptores de órganos sensoriales y receptores adrenérgicos.

Al igual que los GPCR, los receptores acoplados a enzimas son proteínas transmembrana cuyo dominio de unión al ligando se encuentra en el exterior de la membrana. A diferencia de los GPCR, su dominio citosólico no está acoplado a una proteína G, sino que tiene actividad enzimática o se une directamente a la enzima. Normalmente, en lugar de siete segmentos como los GPCR, estos receptores tienen sólo un segmento transmembrana. Estos receptores pueden implicar las mismas vías de señalización que los GPCR. Esta clase incluye, por ejemplo, el receptor de insulina.

Hay seis clases principales de receptores acoplados a enzimas:

• Tirosina quinasas receptoras: pueden fosforilar directamente los residuos de tirosina, tanto propios como de un pequeño conjunto de proteínas de señalización intracelular.
• Los receptores acoplados a tirosina quinasa no son enzimas activas en sí mismos, sino que se unen directamente a las tirosina quinasas citoplasmáticas para transmitir señales.
• Receptor de serina-treonina quinasas: puede fosforilar directamente residuos de serina o treonina, tanto propios como de las proteínas de regulación genética a las que se unen.
• Los receptores asociados con las histidina quinasas activan una vía de señalización de dos pasos en la que la quinasa fosforila su propia histidina e inmediatamente transfiere el fosfato a una segunda proteína de señalización intracelular.
• Receptor de guanilato ciclasa: cataliza directamente la producción de moléculas de cGMP en el citosol, que actúan como un pequeño mensajero intracelular mediante mecanismos muy similares al cAMP.
• Tirosina fosfatasas similares a receptores: eliminan los grupos fosfato de las tirosinas de las proteínas de señalización intracelular. Se les llama similares a receptores porque el mecanismo de su acción como receptores aún no está claro.

Regulación

En la célula, existen varias formas de regular la actividad de los receptores transmembrana, siendo las más importantes la fosforilación y la internalización de los receptores.

ver también

Notas

Fundación Wikimedia. 2010.

Vea qué son los “receptores transmembrana” en otros diccionarios:

Receptores colinérgicos de acetilcolina (receptores de acetilcolina) receptores transmembrana cuyo ligando es la acetilcolina ... Wikipedia

Los receptores transmembrana son proteínas de membrana que se ubican y operan no solo en la membrana celular externa, sino también en las membranas de los compartimentos y orgánulos de la célula. La unión a una molécula de señalización (hormona o mediador) se produce con uno ... ... Wikipedia - Neuropilina 1 Designaciones Símbolos NRP1 Entrez Gene ... Wikipedia

Dímero del complejo sensor rodopsina II y la proteína transductora. La rodopsina sensorial se muestra en azul. Vista en el plano de la membrana. Rodopsis sensorial ... Wikipedia

Ingrediente activo ›› Coriogonadotropina alfa* (Coriogonadotropina alfa*) Nombre latino Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 Coriogonadotropina alfa Grupo farmacológico: Hormonas del hipotálamo, glándula pituitaria, gonadotropinas y sus antagonistas... ... diccionario de medicamentos

La proteína quinasa A es una proteína quinasa cuya actividad depende del nivel de AMPc en la célula. La proteína quinasa A activa e inactiva enzimas y otras proteínas mediante la fosforilación (es decir, la adición de un grupo fosfato). Contenido... ...Wikipedia

La proteína quinasa A es una proteína quinasa cuya actividad depende del nivel de AMPc en la célula. La proteína quinasa A activa e inactiva enzimas y otras proteínas debido a la fosforilación (es decir, la adición de un grupo fosfato). Contenido 1... ...Wikipedia