Récepteurs transmembranaires. Protéine transmembranaire Le produit final des protéines transmembranaires

: caractéristiques et principes structurels

1. Structure des protéines membranaires

Le rôle principal des lipides dans les membranes est de stabiliser la structure bicouche, et les protéines sont des composants actifs des biomembranes. Nous discuterons de certains principes qui se sont révélés utiles pour élucider les caractéristiques structurelles des protéines membranaires. Nous donnerons des exemples pour illustrer ces principes.

À l'aube du développement de la membranologie, on pensait que les protéines membranaires étaient assez homogènes dans leur structure et se présentaient sous la forme de 3 couches à la surface de la bicouche. Nous sommes désormais plus enclins à croire que, du moins pour les protéines transmembranaires, les parties immergées dans la membrane contiennent des hélices α. Bien sûr, j'aimerais beaucoup tirer des conclusions sans ambiguïté à ce sujet, mais elles doivent être fondées sur des données factuelles. Face à l’énorme diversité structurelle des protéines solubles, on arrive à la conclusion que les protéines membranaires intégrales pourraient être beaucoup plus complexes qu’on ne l’imagine actuellement. La classification des protéines solubles par type de structure n'a été réalisée qu'après que les structures de plus de 100 protéines différentes aient été déterminées à haute résolution. Quant aux protéines transmembranaires, cela n'a été fait que dans un cas - pour la protéine du centre de réaction photosynthétique des bactéries. Avec les données de microscopie électronique à basse résolution sur la structure de la bactériorhodopsine, c'est la seule source sur laquelle peuvent être basés des modèles pour la plupart des autres protéines transmembranaires.

Un autre point important concerne les méthodes de fixation des protéines à la membrane. Ils sont schématisés sur la Fig. 3.1.

1. Liaison avec des protéines immergées dans la bicouche. Les exemples incluent la partie Fi de la H + -ATPase, qui se lie à la partie Fo intégrée dans la membrane ; Certaines protéines du cytosquelette peuvent également être mentionnées.

2. Liaison à la surface bicouche. Cette interaction est principalement de nature électrostatique ou hydrophobe. À la surface de certaines protéines membranaires, des domaines hydrophobes se forment en raison de caractéristiques de la structure secondaire ou tertiaire. Ces interactions de surface peuvent être utilisées en complément d’autres interactions, comme l’ancrage transmembranaire.

3. Reliure à l'aide d'une « ancre » hydrophobe ; cette structure se révèle généralement sous la forme d'une séquence de résidus d'acides aminés non polaires. Certaines protéines membranaires utilisent des acides gras ou des phospholipides liés de manière covalente comme ancres.

4. Protéines transmembranaires. Certains d’entre eux traversent la membrane une seule fois, d’autres plusieurs fois.

Les différences entre les protéines des membranes externe et interne ne déterminent pas de manière unique la méthode de leur fixation à la bicouche ; ces différences déterminent uniquement la force relative de leur liaison.

2. Purification des protéines membranaires

Pour purifier les protéines membranaires intégrales et les obtenir sous une forme biochimiquement active, des détergents sont nécessaires pour solubiliser les protéines et les conserver en solution. Les exigences en matière de détergents et leur manipulation associées posent des défis supplémentaires au-delà de ceux généralement rencontrés dans la purification des protéines. De nombreuses méthodes spécifiques ont été développées pour l'isolement des protéines membranaires intégrales, mais la plupart des schémas de purification sont basés sur les mêmes techniques chromatographiques et hydrodynamiques que celles utilisées pour les protéines solubles. Il s'agit de chromatographie sur DEAE-cellulose, Sépharose ou hydroxyle-patite, filtration sur gel, centrifugation dans un gradient de densité de saccharose, etc. Le bon choix du détergent est très important, car c'est le détergent qui détruit la biomembrane en se substituant aux lipides. entourant une protéine particulière et détermine la stabilité de la protéine en solution. Les mécanismes d'action des détergents sont discutés dans la revue.

2.1. DÉTERGENTS

Au cours des deux dernières décennies, un grand nombre de détergents adaptés à la purification des protéines membranaires intégrales sont devenus disponibles. En principe, il faudrait essayer de trouver un détergent qui ne perturberait pas les structures secondaires et tertiaires des protéines membranaires, mais remplacerait seulement la plupart ou la totalité des lipides membranaires en contact avec les régions hydrophobes de la molécule protéique. Le but ultime de la solubilisation est d’incorporer la protéine dans une micelle détergente ; la stratégie de purification ultérieure consiste à séparer ces complexes protéine-détergent.

Le premier problème est la sélection des conditions optimales de solubilisation de la protéine étudiée. Les détergents dénaturant les protéines ne conviennent pas à cette tâche délicate. D’un autre côté, de nombreux détergents ne détruisent pas efficacement les membranes et forment des micelles mixtes contenant des protéines. De tels détergents peuvent être soit trop hydrophobes, soit trop hydrophiles pour se mélanger efficacement aux lipides membranaires et, si leur concentration est suffisamment élevée, pour convertir la bicouche en micelles mixtes globulaires. Au début, on espérait que le choix du détergent requis pourrait être systématisé à l'aide d'un seul paramètre appelé balance hydrophile-lipophile. Ce paramètre, variant de 1 à 20, est utilisé dans la préparation de tensioactifs comme mesure de l'hydrophobie relative. En effet, certaines corrélations ont été obtenues, d'où il résulte que la valeur HLB d'un détergent peut être utilisée pour prédire son comportement dans les systèmes biologiques. D'une manière générale, les détergents avec une valeur HLB comprise entre 12,5 et 14,5 peuvent être considérés comme les solvants les plus efficaces pour les protéines membranaires intégrales. Cependant, il est apparu par la suite que la recherche de détergents optimaux pour une protéine membranaire particulière nécessite la prise en compte de nombreux facteurs et doit toujours être accompagnée de tests empiriques. Les éléments suivants doivent être pris en compte.

1. Solubilisation maximale de la protéine étudiée. Le critère est le transfert de protéines vers le surnageant après centrifugation, durant lequel la membrane sédimente.

2. Solubilisation des protéines sous la forme souhaitée. On parle généralement de préservation de son activité enzymatique, mais parfois certaines caractéristiques spectrales ou la présence d'associés protéiques spécifiques sont utilisées. De plus, la stabilité des protéines après solubilisation est une condition préalable. Dans certains cas, des phospholipides exogènes sont ajoutés au détergent pour maintenir l’activité biochimique. Un exemple est la production de lactose perméase et de protéine de canal sodique d'E. coli. Du glycérol ou un autre polyol est parfois ajouté pour stabiliser la protéine après solubilisation. Il est logique d'utiliser également des inhibiteurs de protéase et d'effectuer leur solubilisation dans des conditions minimisant la probabilité de leur dégradation protéolytique.

3. Possibilité d'utiliser du détergent dans cette technique. Il faut tout d'abord prendre en compte la charge du détergent, le comportement à une valeur de pH donnée, la CMC et la taille des micelles du détergent. Ces dernières propriétés sont particulièrement importantes. Les détergents à faible CMC qui forment de grandes micelles ne sont pas éliminés par dialyse ou ultrafiltration car la concentration en monomères détergents est trop faible. Concrètement, cela signifie que si les protéines sont concentrées par ultrafiltration, la concentration du détergent à faible teneur en CMC augmentera également, ce qui peut conduire à une dénaturation des protéines. Pour cette raison, de nombreux chercheurs préfèrent utiliser des détergents à teneur élevée en CMC, tels que l'octylglucoside, les sels biliaires ou des détergents zwitterioniques plus modernes. Les résines de polystyrène, telles que Biobidz SM-2, sont très précieuses. Ils se lient sélectivement aux détergents tels que le Triton X-100, les éliminent de la solution et permettent de se passer complètement de dialyse. Un autre facteur à considérer est l’absorption lumineuse du détergent. Certains détergents, tels que le Triton X-100, absorbent dans la région proche des UV, ce qui rend impossible la détermination de la concentration en protéines en mesurant l'absorbance à 280 nm.

Compte tenu de tous ces facteurs, il devient clair pourquoi, dans de nombreux cas, il est nécessaire d'utiliser des détergents différents pour isoler les protéines membranaires intégrales. Par exemple, le Triton X-100 peut être utilisé pour la solubilisation, mais il est préférable d'effectuer la séparation avec de la DEAE-cellulose en présence d'octyle glucoside. Les détergents peuvent être changés au stade de la chromatographie, pendant la centrifugation sur gradient de densité et, dans certains cas, par dialyse. Il convient de garder à l’esprit qu’un détergent inadapté à solubiliser une protéine particulière peut être très efficace pour maintenir la protéine en solution après un changement de détergent. La purification doit presque toujours être effectuée avec un excès de détergent en solution, sinon l'équilibre sera déplacé vers l'agrégation des protéines membranaires plutôt que vers la formation de complexes protéine-détergent. Dans certains cas, une telle agrégation peut même être souhaitable, et l'étape de purification finale peut consister à éliminer le détergent. Mais, en règle générale, en cas de manque de détergent, des précipitations irréversibles et une perte de protéines se produisent.

La nécessité de maintenir la concentration du détergent à un certain niveau crée des difficultés supplémentaires au-delà de celles généralement rencontrées lors de la purification des protéines ; Nous avons déjà parlé de certains d'entre eux. Des problèmes surviennent également lors de l'utilisation de la méthode de relargage standard à des concentrations élevées de sulfate d'ammonium : dans de nombreux cas, la protéine est précipitée en combinaison avec le détergent et les lipides. Étant donné que la solution saline a une densité élevée et que la quantité de détergent dans l'agrégat est relativement faible, pendant la centrifugation, le précipité restera à la surface. Il est important de se rappeler que les complexes protéine-détergent sont soumis à une purification, souvent avec une quantité importante de phospholipide lié. Ceci affecte la qualité de la séparation lors de la chromatographie, ainsi que les résultats de la caractérisation des protéines pro-solubles finales ; il est nécessaire de déterminer le nombre et le poids moléculaire des sous-unités polypeptidiques, leur stœchiométrie, leur taille et, éventuellement, leur forme ; molécule, ainsi que, si nécessaire, l'activité biochimique.

Les lipides des membranes sont principalement responsables de leurs propriétés structurelles : ils créent une bicouche, ou matrice, dans laquelle se trouvent les composants actifs de la membrane - les protéines. Ce sont les protéines qui confèrent aux différentes membranes leur caractère unique et leurs propriétés spécifiques. De nombreuses protéines membranaires remplissent les fonctions principales suivantes : elles déterminent le transfert de substances à travers les membranes (fonctions de transport), effectuent la catalyse, assurent les processus de photo- et de phosphorylation oxydative, de réplication de l'ADN, de traduction et de modification des protéines, de réception et de transmission du signal. impulsions nerveuses, etc.

Il est d'usage de diviser les protéines membranaires en 2 groupes : intégral(interne) et périphérique(externe). Le critère d'une telle séparation est le degré de force de liaison de la protéine à la membrane et, par conséquent, le degré de sévérité du traitement nécessaire pour extraire la protéine de la membrane. Ainsi, les protéines périphériques peuvent être libérées en solution même lorsque les membranes sont lavées avec des mélanges tampons à faible force ionique et à faible pH en présence de substances chélatrices, telles que l'éthylènediaminetétraacétate (EDTA), qui se lient aux cations divalents. Les protéines périphériques sont libérées des membranes dans des conditions aussi douces car elles sont associées à des têtes lipidiques ou à d'autres protéines membranaires utilisant de faibles interactions électrostatiques, ou à des interactions hydrophobes avec des queues lipidiques. Au contraire, les protéines intégrales sont des molécules amphiphiles, possèdent de grandes régions hydrophobes à leur surface et sont situées à l'intérieur de la membrane, leur extraction nécessite donc la destruction de la bicouche. À ces fins, des détergents ou des solvants organiques sont le plus souvent utilisés. Les méthodes de fixation des protéines à la membrane sont très variées (Fig. 4.8).

Protéines de transport. La bicouche lipidique constitue une barrière imperméable à la plupart des molécules et des ions hydrosolubles, et leur transport à travers les biomembranes dépend de l'activité des protéines de transport. Il existe deux principaux types de ces protéines : chaînes(pores) et transporteurs. Les canaux sont des tunnels traversant la membrane dans lesquels les sites de liaison des substances transportées sont accessibles simultanément sur les deux surfaces de la membrane. Les canaux ne subissent aucun changement de conformation pendant le transport des substances ; leur conformation ne change que lors de l'ouverture et de la fermeture. Les transporteurs, au contraire, changent de conformation lors du transfert de substances à travers la membrane. De plus, à tout moment, le site de liaison de la substance transportée dans le support n'est accessible que sur une seule surface de la membrane.

Les canaux, à leur tour, peuvent être divisés en deux groupes principaux : dépendants de la tension et régulés chimiquement. Un exemple de canal dépendant du potentiel est le canal Na + ; son fonctionnement est régulé en modifiant la tension du champ électrique. En d’autres termes, ces canaux s’ouvrent et se ferment en réponse au changement potentiel transmembranaire. Canaux chimiquement régulés

s'ouvrent et se ferment en réponse à la liaison d'agents chimiques spécifiques. Par exemple, le récepteur nicotinique de l'acétylcholine, lorsqu'un neurotransmetteur s'y lie, entre dans une conformation ouverte et laisse passer les cations monovalents (sous-section 4.7 de ce chapitre). Les termes « pore » et « canal » sont généralement utilisés de manière interchangeable, mais les pores sont plus souvent compris comme des structures non sélectives qui distinguent les substances principalement par leur taille et permettent le passage de toutes les molécules suffisamment petites. Les canaux sont souvent compris comme des canaux ioniques. Le taux de transport à travers le canal ouvert atteint 10 6 - 10 8 ions par seconde.

Les transporteurs peuvent également être divisés en 2 groupes : passifs et actifs. À l’aide de transporteurs passifs, un type de substance est transporté à travers la membrane. Les transporteurs passifs sont impliqués dans diffusion facilitée et augmentent uniquement le flux de substances le long d'un gradient électrochimique (par exemple, le transfert de glucose à travers les membranes érythrocytaires). Les porteurs actifs transportent des substances à travers la membrane en utilisant de l'énergie. Ces protéines de transport accumulent des substances sur un côté de la membrane, les transportant à contre-courant du gradient électrochimique. La vitesse de transport utilisant des transporteurs dépend beaucoup de leur type et varie de 30 à 10 5 s -1. Les termes « perméase » et « translocase » sont souvent utilisés pour désigner des transporteurs individuels, qui peuvent être considérés comme synonymes du terme « transporteur ».

Fonctions enzymatiques des protéines membranaires. Un grand nombre d’enzymes différentes fonctionnent dans les membranes cellulaires. Certains d'entre eux sont localisés dans la membrane, y trouvant un environnement propice à la transformation des composés hydrophobes, d'autres, grâce à la participation des membranes, s'y localisent dans un ordre strict, catalysant les étapes successives des processus vitaux, tandis que d'autres nécessitent l'assistance des lipides pour stabiliser leur conformation et maintenir leur activité. Des enzymes ont été trouvées dans les biomembranes - représentatives de toutes les classes connues. Ils peuvent pénétrer dans la membrane, y être présents sous forme dissoute ou, en tant que protéines périphériques, se lier aux surfaces membranaires en réponse à tout signal. Les types caractéristiques suivants d'enzymes membranaires peuvent être distingués :

1) des enzymes transmembranaires qui catalysent des réactions couplées sur les côtés opposés de la membrane. Ces enzymes possèdent généralement plusieurs centres actifs situés de part et d’autre de la membrane. Les représentants typiques de ces enzymes sont les composants de la chaîne respiratoire ou les centres rédox photosynthétiques qui catalysent les processus rédox associés au transport d'électrons et à la création de gradients ioniques sur la membrane ;

2) enzymes transmembranaires impliquées dans le transport des substances. Les protéines de transport qui associent le transfert de substance à l’hydrolyse de l’ATP, par exemple, ont une fonction catalytique ;

3) des enzymes qui catalysent la transformation des substrats liés aux membranes. Ces enzymes interviennent dans le métabolisme des composants membranaires : phospholipides, glycolipides, stéroïdes, etc.

4) enzymes impliquées dans la transformation des substrats hydrosolubles. À l'aide de membranes, le plus souvent à l'état attaché, les enzymes peuvent se concentrer dans les zones de la membrane où la teneur en substrats est la plus grande. Par exemple, les enzymes qui hydrolysent les protéines et l’amidon sont fixées aux membranes des microvillosités intestinales, ce qui contribue à augmenter le taux de dégradation de ces substrats.

Protéines cytosquelettiques . Le cytosquelette est un réseau complexe de fibres protéiques de différents types et n'est présent que dans les cellules eucaryotes. Le cytosquelette fournit un support mécanique à la membrane plasmique et peut déterminer la forme de la cellule, ainsi que l'emplacement des organites et leur mouvement pendant la mitose. Avec la participation du cytosquelette, des processus aussi importants pour la cellule que l'endo- et l'exocytose, la phagocytose et le mouvement amiboïde sont également réalisés. Ainsi, le cytosquelette constitue la charpente dynamique de la cellule et détermine sa mécanique.

Le cytosquelette est formé de trois types de fibres :

1) microfilaments(diamètre ~6 nm). Ce sont des organites filiformes - des polymères de la protéine globulaire actine et d'autres protéines qui lui sont associées ;

2) filaments intermédiaires (diamètre 8-10 nm). Formé de kératines et de protéines apparentées ;

3) microtubules(diamètre ~ 23 nm) - structures tubulaires longues.

Ils sont constitués d’une protéine globulaire appelée tubuline dont les sous-unités forment un cylindre creux. La longueur des microtubules peut atteindre plusieurs micromètres dans le cytoplasme des cellules et plusieurs millimètres dans les axones des nerfs.

Les structures cytosquelettiques répertoriées pénètrent dans la cellule dans différentes directions et sont étroitement associées à la membrane, s'y attachant en certains points. Ces sections de la membrane jouent un rôle important dans les contacts intercellulaires ; grâce à leur aide, les cellules peuvent s'attacher au substrat. Ils jouent également un rôle important dans la distribution transmembranaire des lipides et des protéines dans les membranes.

Protéines associées aux têtes polaires des lipides membranaires

Protéines qui forment des complexes avec des protéines membranaires intégrales

Protéines de surface

Les protéines de surface s'attachent souvent à la membrane, interagissant avec des protéines intégrales ou des régions superficielles de la couche lipidique.

Un certain nombre d'enzymes digestives impliquées dans l'hydrolyse de l'amidon et des protéines sont attachées aux protéines membranaires intégrales des microvillosités intestinales.

Des exemples de tels complexes sont la sucrase-isomaltase et la maltase-glycoamylase. Peut-être que la connexion de ces enzymes digestives avec la membrane permet l'hydrolyse des substrats à un rythme élevé et l'absorption des produits d'hydrolyse par la cellule.

Les domaines polaires ou chargés d'une molécule protéique peuvent interagir avec les têtes polaires des lipides, formant des liaisons ioniques et hydrogène. De plus, de nombreuses protéines solubles dans le cytosol peuvent, sous certaines conditions, se lier à la surface membranaire pendant une courte période. Parfois, la liaison aux protéines est une condition nécessaire à la manifestation de l'activité enzymatique. Ces protéines, par exemple, comprennent la protéine kinase C et les facteurs de coagulation sanguine.

Fixation avec une membrane "ancre"

L'« ancre » peut être un domaine protéique non polaire construit à partir d'acides aminés avec des radicaux hydrophobes. Un exemple d'une telle protéine est le cytochrome b5 de la membrane ER. Cette protéine est impliquée dans les réactions redox en tant que porteur d'électrons.

Le rôle d'« ancre » membranaire peut également être joué par un résidu d'acide gras lié de manière covalente à la protéine (myristique - C 14 ou palmitique - C 16). Les protéines associées aux acides gras sont situées principalement sur la surface interne de la membrane plasmique. L'acide myristique s'ajoute à la glycine N-terminale pour former une liaison amide. L'acide palmitique forme une liaison thioester avec la cystéine ou une liaison ester avec les résidus sérine et thréonine.

Un petit groupe de protéines peut interagir avec la surface externe de la cellule en utilisant une protéine phosphatidylinositol glycane attachée de manière covalente à l'extrémité C-terminale de la protéine. Cette « ancre » est souvent le seul lien entre la protéine et la membrane, donc sous l’action de la phospholipase C, cette protéine est séparée de la membrane.

Certaines protéines transmembranaires traversent la membrane une fois (glycophorine), d'autres ont plusieurs régions (domaines) qui traversent séquentiellement la bicouche.

Protéines membranaires intégrales contenant de 1 à 12 domaines transmembranaires. 1- Récepteur LDL ; 2 - GLUT-1 - transporteur de glucose ; 3 - récepteur d'insuline ; 4 - récepteur adrénergique.

Les domaines transmembranaires couvrant la bicouche ont une conformation en hélice α. Les résidus d'acides aminés polaires font face à l'intérieur du globule et les résidus non polaires sont en contact avec les lipides membranaires. Ces protéines sont dites « inversées » par rapport aux protéines hydrosolubles, dans lesquelles la plupart des résidus d'acides aminés hydrophobes sont cachés à l'intérieur et les résidus hydrophiles sont situés à la surface.

Membranes biologiques, situés à la frontière de la cellule et de l'espace extracellulaire, ainsi qu'à la frontière des organites membranaires de la cellule (mitochondries, réticulum endoplasmique, complexe de Golgi, lysosomes, peroxysomes, noyau, vésicules membranaires) et du cytosol sont essentiels à la fonctionnement de la cellule dans son ensemble et de ses organites. Les membranes cellulaires ont une organisation moléculaire fondamentalement similaire. Dans ce chapitre, les membranes biologiques sont abordées principalement à l'aide de l'exemple de la membrane plasmique (plasmolemme), qui sépare la cellule du milieu extracellulaire.

N'importe lequel membrane biologique(Fig. 2–1) se compose de phospholipides(~50%) et protéines (jusqu'à 40%). En plus petites quantités, la membrane contient d'autres lipides, du cholestérol et des glucides.

Riz. 2-1. se compose d'une double couche phospholipides, dont les parties hydrophiles (têtes) sont dirigées vers la surface de la membrane, et les parties hydrophobes (queues qui stabilisent la membrane sous forme de bicouche) dans la membrane. I - protéines intégrales immergé dans une membrane. T - protéines transmembranaires pénétrer dans toute l’épaisseur de la membrane. P - protéines périphériques situé soit sur la surface externe ou interne de la membrane.

Phospholipides. Une molécule de phospholipide est constituée d'une partie (tête) polaire (hydrophile) et d'une double queue hydrocarbonée apolaire (hydrophobe). Dans la phase aqueuse, les molécules de phospholipides s'agrègent automatiquement queue à queue, formant la charpente de la membrane biologique (Figs. 2-1 et 2-2) sous la forme d'une double couche (bicouche). Ainsi, dans la membrane, les queues de phospholipides (acides gras) sont dirigées vers la bicouche et les têtes contenant des groupes phosphate sont dirigées vers l'extérieur.

L'acide arachidonique. L'acide arachidonique est libéré à partir des phospholipides membranaires - précurseur du Pg, des thromboxanes, des leucotriènes et d'un certain nombre d'autres substances biologiquement actives dotées de nombreuses fonctions (médiateurs inflammatoires, facteurs vasoactifs, seconds messagers, etc.).

Liposomes- des vésicules membranaires préparées artificiellement à partir de phospholipides d'un diamètre de 25 nm à 1 μm. Liposomes utilisés comme modèles de membranes biologiques, ainsi que pour introduire diverses substances (par exemple, des gènes, des médicaments) dans les cellules ; cette dernière circonstance est basée sur le fait que les structures membranaires (y compris les liposomes) fusionnent facilement (en raison de la bicouche phospholipidique).

Écureuils les membranes biologiques sont divisées en intégrales (y compris transmembranaires) et périphériques (Fig. 2-1 et 2-2).

Protéines membranaires intégrales (globulaire) intégré dans la bicouche lipidique. Leurs acides aminés hydrophiles interagissent avec les groupes phosphate des phospholipides et leurs acides aminés hydrophobes interagissent avec les chaînes d'acides gras. Les protéines membranaires intégrales comprennent les protéines d'adhésion et certaines protéines réceptrices (récepteurs membranaires).

Protéine transmembranaire - une molécule protéique qui traverse toute l'épaisseur de la membrane et en dépasse sur les surfaces externe et interne. Les protéines transmembranaires comprennent les pores, les canaux ioniques, les transporteurs, les pompes et certaines protéines réceptrices.

Pores et canaux- les voies transmembranaires par lesquelles l'eau, les ions et les molécules métabolites se déplacent entre le cytosol et l'espace intercellulaire (et en sens inverse).

Vecteurs effectuer le mouvement transmembranaire de molécules spécifiques (y compris en combinaison avec le transfert d'ions ou de molécules d'un autre type).

Pompes déplacer les ions contre leurs gradients de concentration et d’énergie (gradient électrochimique) en utilisant l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP.

Protéines membranaires périphériques (fibrillaires et globulaires) sont situés sur l'une des surfaces de la membrane cellulaire (externe ou interne) et sont associés de manière non covalente à des protéines membranaires intégrales.

Des exemples de protéines membranaires périphériques associées à la surface externe de la membrane sont : protéines réceptrices Et protéines d'adhésion.

Des exemples de protéines membranaires périphériques associées à la surface interne de la membrane sont : protéines du cytosquelette, protéines du deuxième système messager, enzymes et d'autres protéines.

Mobilité latérale. Les protéines intégrales peuvent être redistribuées dans la membrane suite à une interaction avec des protéines périphériques, des éléments du cytosquelette, des molécules de la membrane d'une cellule adjacente et des composants de la matrice extracellulaire.

Les glucides(principalement des oligosaccharides) font partie des glycoprotéines et des glycolipides de la membrane, représentant 2 à 10 % de sa masse (Fig. 2-2). Les lectines interagissent avec les glucides de la surface cellulaire. Les chaînes d'oligosaccharides font saillie sur la surface externe des membranes cellulaires et forment l'enveloppe superficielle - glycocalice.

Glycocalyx a une épaisseur d'environ 50 nm et est constitué d'oligosaccharides associés de manière covalente aux glycoprotéines et aux glycolipides du plasmalemme. Fonctions du glycocalyx : reconnaissance intercellulaire, interactions intercellulaires, digestion pariétale (le glycocalyx recouvrant les microvillosités des cellules frontalières de l'épithélium intestinal contient des peptidases et des glycosidases qui complètent la dégradation des protéines et des glucides).

Perméabilité des membranes

La bicouche membranaire sépare les deux phases aqueuses. Ainsi, la membrane plasmique sépare le liquide intercellulaire (interstitiel) du cytosol, et les membranes des lysosomes, des peroxysomes, des mitochondries et d'autres organites intracellulaires membranaires séparent leur contenu du cytosol. Membrane biologique - barrière semi-perméable.

Membrane semipermeable. Une membrane biologique est définie comme semi-perméable, c'est-à-dire une barrière qui n'est pas perméable à l'eau, mais perméable aux substances qui y sont dissoutes (ions et molécules).

Structures tissulaires semi-perméables. Les structures tissulaires semi-perméables comprennent également la paroi des capillaires sanguins et diverses barrières (par exemple, la barrière de filtration des corpuscules rénaux, la barrière aérohématique de la partie respiratoire du poumon, la barrière hémato-encéphalique et bien d'autres, bien que de telles barrières - en plus des membranes biologiques (plasmolemme) - comprennent également des composants non membranaires. La perméabilité de ces structures tissulaires est discutée dans la section. "Perméabilité transcellulaire" Chapitre 4 .

Les paramètres physicochimiques du liquide intercellulaire et du cytosol sont significativement différents (voir tableau 2-1), et les paramètres de chaque organite intracellulaire membranaire et du cytosol sont également différents. Les surfaces externes et internes d'une membrane biologique sont polaires et hydrophiles, mais le noyau non polaire de la membrane est hydrophobe. Par conséquent, les substances non polaires peuvent pénétrer dans la bicouche lipidique. Dans le même temps, c'est la nature hydrophobe du noyau d'une membrane biologique qui détermine l'impossibilité fondamentale de pénétration directe des substances polaires à travers la membrane.

Substances non polaires(par exemple, le cholestérol insoluble dans l'eau et ses dérivés) pénètrent librement dans les membranes biologiques. C’est notamment pour cette raison que les récepteurs des hormones stéroïdes sont situés à l’intérieur de la cellule.

Substances polaires(par exemple, les ions Na+, K+ C1-, Ca2+ ; divers métabolites petits mais polaires, ainsi que les sucres, les nucléotides, les protéines et les macromolécules d'acide nucléique) ne pénètrent pas par eux-mêmes dans les membranes biologiques. C'est pourquoi des récepteurs de molécules polaires (par exemple les hormones peptidiques) sont intégrés dans la membrane plasmique, et des seconds messagers assurent la transmission du signal hormonal vers d'autres compartiments cellulaires.

Perméabilité sélective- perméabilité d'une membrane biologique à des produits chimiques spécifiques) est importante pour le maintien de l'homéostasie cellulaire. teneur optimale en ions, eau, métabolites et macromolécules dans la cellule. Le mouvement de substances spécifiques à travers une membrane biologique est appelé transport transmembranaire (transmembrane transport).

Cellules. La liaison à une molécule de signalisation (hormone ou transmetteur) se produit d’un côté de la membrane et la réponse cellulaire se forme de l’autre côté de la membrane. Ainsi, ils jouent un rôle unique et important dans la communication intercellulaire et la transduction du signal.

De nombreux récepteurs transmembranaires sont composés de deux sous-unités ou plus qui agissent de concert et peuvent se dissocier lors de la liaison à un ligand ou modifier leur conformation et passer à l'étape suivante du cycle d'activation. Ils sont souvent classés en fonction de leur structure moléculaire. Les chaînes polypeptidiques du plus simple de ces récepteurs traversent la bicouche lipidique une seule fois, tandis que beaucoup la traversent sept fois (par exemple, les récepteurs couplés aux protéines G).

Structure

Domaine extracellulaire

Le domaine extracellulaire est la région du récepteur située à l’extérieur de la cellule ou de l’organite. Si la chaîne polypeptidique du récepteur traverse la cellule plusieurs fois, le domaine externe peut être constitué de plusieurs boucles. La fonction principale du récepteur est de détecter une hormone (bien que certains récepteurs soient également capables de répondre aux modifications du potentiel membranaire) et, dans de nombreux cas, l'hormone se lie à ce domaine.

Domaine transmembranaire

Certains récepteurs sont également des canaux protéiques. Le domaine transmembranaire est principalement constitué d'hélices α transmembranaires. Dans certains récepteurs, tels que le récepteur nicotinique de l'acétylcholine, le domaine transmembranaire forme un pore membranaire ou un canal ionique. Une fois le domaine extracellulaire activé (liaison hormonale), le canal peut laisser passer les ions. Dans d'autres récepteurs, après la liaison hormonale, le domaine transmembranaire change de conformation, ce qui a un effet intracellulaire.

Domaine intracellulaire

Le domaine intracellulaire, ou cytoplasmique, interagit avec l'intérieur de la cellule ou de l'organite, relayant le signal reçu. Il existe deux manières fondamentalement différentes d'une telle interaction :

• Le domaine intracellulaire se lie aux protéines de signalisation effectrices, qui à leur tour transmettent le signal le long de la chaîne de signalisation jusqu'à sa destination.
• Si le récepteur est associé à une enzyme ou possède lui-même une activité enzymatique, le domaine intracellulaire active l'enzyme (ou réalise une réaction enzymatique).

Classification

La plupart des récepteurs transmembranaires appartiennent à l'une des trois classes, qui se distinguent par le mécanisme principal de transduction du signal. Les récepteurs transmembranaires ionotropes et métabotropiques sont classés. Les récepteurs ionotropes, ou récepteurs couplés à des canaux ioniques, sont impliqués, par exemple, dans la transmission rapide de signaux synaptiques entre les neurones et d'autres cellules cibles capables de détecter des signaux électriques.

Les récepteurs métabotropiques transmettent des signaux chimiques. Ils sont divisés en deux grandes classes : les récepteurs couplés aux protéines G et les récepteurs couplés aux enzymes.

Les récepteurs couplés aux protéines G sont également appelés récepteurs 7TM (récepteurs à sept domaines transmembranaires). Ce sont des protéines transmembranaires avec un segment externe pour la liaison du ligand, un segment membranaire et un segment cytosolique couplé à une protéine G. Ils sont divisés en six classes basées sur la similitude de la structure et de la fonction des récepteurs, classes A-F (ou 1-6), qui, à leur tour, sont divisées en plusieurs familles. Cette classe comprend les récepteurs des organes sensoriels et les récepteurs adrénergiques.

Comme les GPCR, les récepteurs couplés aux enzymes sont des protéines transmembranaires dont le domaine de liaison au ligand est situé à l'extérieur de la membrane. Contrairement aux GPCR, leur domaine cytosolique n'est pas couplé à une protéine G, mais possède lui-même une activité enzymatique ou se lie directement à l'enzyme. Généralement, au lieu de sept segments comme les GPCR, ces récepteurs n'ont qu'un seul segment transmembranaire. Ces récepteurs peuvent impliquer les mêmes voies de signalisation que les GPCR. Cette classe comprend, par exemple, le récepteur de l'insuline.

Il existe six classes principales de récepteurs couplés à des enzymes :

• Récepteurs tyrosine kinases - peuvent directement phosphoryler les résidus tyrosine, à la fois les leurs et ceux d'un petit ensemble de protéines de signalisation intracellulaires.
• Les récepteurs couplés à la tyrosine kinase ne sont pas eux-mêmes des enzymes actives, mais se lient directement aux tyrosine kinases cytoplasmiques pour transmettre des signaux.
• Récepteurs sérine-thréonine kinases - peuvent directement phosphoryler les résidus sérine ou thréonine, à la fois les leurs et ceux des protéines de régulation génique avec lesquelles ils se lient.
• Les récepteurs associés aux histidine kinases activent une voie de signalisation en deux étapes dans laquelle la kinase phosphoryle sa propre histidine et transfère immédiatement le phosphate à une seconde protéine de signalisation intracellulaire.
• Récepteurs guanylate cyclases - catalysent directement la production de molécules de GMPc dans le cytosol, qui agissent comme un petit messager intracellulaire par des mécanismes largement similaires à ceux de l'AMPc.
• Tyrosine phosphatases de type récepteur - éliminent les groupes phosphate des tyrosines des protéines de signalisation intracellulaires. Ils sont appelés récepteurs car le mécanisme de leur action en tant que récepteurs reste flou.

Régulation

Dans la cellule, il existe plusieurs façons de réguler l’activité des récepteurs transmembranaires, les plus importantes étant la phosphorylation et l’internalisation des récepteurs.

voir également

Remarques

Fondation Wikimédia. 2010.

Voyez ce que sont les « récepteurs transmembranaires » dans d’autres dictionnaires :

Acétylcholine Récepteurs cholinergiques (récepteurs de l'acétylcholine) récepteurs transmembranaires dont le ligand est l'acétylcholine... Wikipédia

Les récepteurs transmembranaires sont des protéines membranaires qui se trouvent et opèrent non seulement dans la membrane cellulaire externe, mais également dans les membranes des compartiments et organites de la cellule. La liaison à une molécule de signalisation (hormone ou médiateur) se produit avec un ... ... Wikipedia - Neuropilin 1 Désignations Symboles NRP1 Entrez Gene ... Wikipedia

Dimère du complexe capteur rhodopsine II et de la protéine transductrice. La rhodopsine sensorielle est représentée en bleu. Vue dans le plan de la membrane. Rhodopsis sensoriel ... Wikipédia

Principe actif ›› Choriogonadotropin alfa* (Choriogonadotropin alfa*) Nom latin Ovitrelle ATX : ›› G03GA08 Choriogonadotropin alpha Groupe pharmacologique : Hormones de l'hypothalamus, de l'hypophyse, des gonadotrophines et leurs antagonistes... ... Dictionnaire des médicaments

La protéine kinase A est une protéine kinase dont l'activité dépend du niveau d'AMPc dans la cellule. La protéine kinase A active et inactive les enzymes et d'autres protéines par phosphorylation (c'est-à-dire l'ajout d'un groupe phosphate). Table des matières... ...Wikipédia

La protéine kinase A est une protéine kinase dont l'activité dépend du niveau d'AMPc dans la cellule. La protéine kinase A active et inactive les enzymes et autres protéines en raison de la phosphorylation (c'est-à-dire l'ajout d'un groupe phosphate). Table des matières 1... ...Wikipédia