Transmembranski receptori. Transmembranski protein Krajnji proizvod transmembranskih proteina

: karakteristike i strukturni principi

1. Struktura membranskih proteina

Glavna uloga lipida u membranama je stabilizacija dvoslojne strukture, a proteini su aktivne komponente biomembrana. Raspravljat ćemo o nekim principima koji su se pokazali korisnima u razjašnjavanju strukturnih značajki membranskih proteina. Navest ćemo primjere za ilustraciju ovih načela.

U zoru razvoja membranologije vjerovalo se da su membranski proteini prilično homogeni u svojoj strukturi i položeni u obliku 3 sloja na površini dvosloja. Sada smo skloniji vjerovati da, barem za transmembranske proteine, oni njihovi dijelovi koji su uronjeni u membranu sadrže α-spirale. Naravno, jako bih volio izvući neke nedvosmislene zaključke o ovom pitanju, ali oni se moraju temeljiti na činjeničnim podacima. S obzirom na ogromnu strukturnu raznolikost topivih proteina, dolazimo do zaključka da integralni membranski proteini mogu biti mnogo složeniji nego što trenutno zamišljamo. Klasifikacija topivih proteina prema tipu strukture provedena je tek nakon što su strukture više od 100 različitih proteina određene visokom rezolucijom. Što se tiče transmembranskih proteina, to je učinjeno samo u jednom slučaju - za protein fotosintetskog reakcijskog centra bakterija. Zajedno s podacima elektronske mikroskopije niske rezolucije o strukturi bakteriorodopsina, ovo je jedini izvor na kojem se mogu temeljiti modeli za većinu drugih transmembranskih proteina.

Druga važna točka su metode vezanja proteina na membranu. Oni su shematski prikazani na sl. 3.1.

1. Vezivanje s proteinima uronjenim u dvosloj. Primjeri uključuju Fi dio H + -ATPaze, koji se veže na Fo dio ugrađen u membranu; Također se mogu spomenuti i neki citoskeletni proteini.

2. Vezivanje na dvoslojnu površinu. Ova interakcija je prvenstveno elektrostatske ili hidrofobne prirode. Na površini nekih membranskih proteina postoje hidrofobne domene nastale zbog značajki sekundarne ili tercijarne strukture. Ove površinske interakcije mogu se koristiti uz druge interakcije, kao što je transmembransko sidrenje.

3. Uvezivanje pomoću hidrofobnog "sidra"; ova se struktura obično otkriva kao niz nepolarnih aminokiselinskih ostataka. Neki membranski proteini koriste kovalentno vezane masne kiseline ili fosfolipide kao sidra.

4. Transmembranski proteini. Neki od njih prolaze membranu samo jednom, drugi nekoliko puta.

Razlike između proteina vanjske i unutarnje membrane ne određuju jedinstveno metodu njihovog pričvršćivanja na dvosloj; te razlike određuju samo relativnu snagu njihova vezivanja.

2. Pročišćavanje membranskih proteina

Za pročišćavanje integralnih membranskih proteina i njihovo dobivanje u biokemijski aktivnom obliku, potrebni su deterdženti za solubilizaciju proteina i njihovo očuvanje u otopini. Povezani zahtjevi za deterdžent i rukovanje predstavljaju dodatne izazove izvan onih koji se obično susreću u pročišćavanju proteina. Razvijene su mnoge specifične metode za izolaciju integralnih membranskih proteina, ali većina shema pročišćavanja temelji se na istim kromatografskim i hidrodinamičkim tehnikama koje se koriste za topive proteine. To je kromatografija na DEAE-celulozi, sefarozi ili hidroksil-patitu, gel filtracija, centrifugiranje u gradijentu gustoće saharoze itd. Vrlo je bitan pravilan odabir deterdženta, budući da je deterdžent taj koji uništava biomembranu, preuzimajući mjesto lipida. okružuje određeni protein i određuje stabilnost proteina u otopini. U pregledu se govori o mehanizmima djelovanja deterdženata.

2.1. DETERDŽENTI

Tijekom posljednja dva desetljeća postao je dostupan veliki broj deterdženata pogodnih za pročišćavanje integralnih membranskih proteina. Načelno treba pokušati pronaći deterdžent koji ne bi narušio sekundarnu i tercijarnu strukturu membranskih proteina, već bi samo zamijenio većinu ili sve membranske lipide u kontaktu s hidrofobnim područjima proteinske molekule. Konačni cilj solubilizacije je ugraditi protein u micelu deterdženta; kasnija strategija pročišćavanja je odvajanje takvih kompleksa protein-deterdžent.

Prvi problem je izbor optimalnih uvjeta za solubilizaciju proteina koji se proučava. Deterdženti za denaturaciju proteina nisu prikladni za ovaj delikatan zadatak. S druge strane, mnogi deterdženti ne uništavaju učinkovito membrane i stvaraju miješane micele koje sadrže proteine. Takvi deterdženti mogu biti previše hidrofobni ili previše hidrofilni da bi se učinkovito pomiješali s membranskim lipidima i, ako je njihova koncentracija dovoljno visoka, pretvorili dvosloj u kuglaste miješane micele. Isprva se nadalo da bi se izbor potrebnog deterdženta mogao sistematizirati pomoću jednog parametra koji se naziva hidrofilno-lipofilna ravnoteža. Ovaj parametar, koji varira od 1 do 20, koristi se u pripremi površinski aktivnih tvari kao mjera relativne hidrofobnosti. Doista, dobivene su neke korelacije iz kojih proizlazi da se HLB vrijednost deterdženta može koristiti za predviđanje njegovog ponašanja u biološkim sustavima. Općenito govoreći, za deterdžente s HLB vrijednošću u rasponu od 12,5 do 14,5 može se reći da su najučinkovitija otapala za integralne membranske proteine. Međutim, naknadno je postalo jasno da potraga za optimalnim deterdžentima za određeni membranski protein zahtijeva uzimanje u obzir mnogih čimbenika i uvijek treba biti popraćena empirijskim testiranjem. Mora se uzeti u obzir sljedeće.

1. Maksimalna solubilizacija proteina koji se proučava. Kriterij je prijenos proteina u supernatant nakon centrifugiranja, pri čemu se membrana taloži.

2. Solubilizacija proteina u željenom obliku. Obično govorimo o očuvanju njegove enzimske aktivnosti, ali ponekad se koriste određene spektralne karakteristike ili prisutnost specifičnih proteinskih suradnika. Osim toga, preduvjet je stabilnost proteina nakon solubilizacije. U nekim slučajevima, uz deterdžent se dodaju egzogeni fosfolipidi kako bi se održala biokemijska aktivnost. Primjer je proizvodnja laktoza permeaze E. coli i proteina natrijevog kanala. Ponekad se dodaje glicerol ili neki drugi poliol za stabilizaciju proteina nakon solubilizacije. Ima smisla također koristiti inhibitore proteaze i provoditi solubilizaciju u uvjetima koji minimaliziraju vjerojatnost njihove proteolitičke razgradnje.

3. Mogućnost korištenja deterdženta u ovoj tehnici. Prije svega potrebno je uzeti u obzir količinu deterdženta, ponašanje pri određenoj pH vrijednosti, CMC i veličinu micela deterdženta. Potonja svojstva su posebno važna. Deterdženti s niskim sadržajem CMC koji tvore velike micele ne uklanjaju se dijalizom ili ultrafiltracijom jer je koncentracija monomera deterdženta preniska. Praktično, to znači da ako se proteini koncentriraju ultrafiltracijom, koncentracija deterdženta s niskom CMC će se također povećati, što može dovesti do denaturacije proteina. Iz tog razloga, mnogi istraživači radije koriste deterdžente s visokim CMC-om, kao što su oktil glukozid, žučne soli ili moderniji zwitterionski deterdženti. Polistirenske smole, kao što je Biobidz SM-2, vrlo su vrijedne. Selektivno se vežu za deterdžente kao što je Triton X-100, uklanjaju ih iz otopine i omogućuju potpuno odsustvo dijalize. Još jedan čimbenik koji treba uzeti u obzir je upijanje svjetlosti deterdženta. Neki deterdženti, kao što je Triton X-100, apsorbiraju u području blizu UV, što onemogućuje određivanje koncentracije proteina mjerenjem apsorbancije na 280 nm.

Uzimajući u obzir sve ove čimbenike, postaje jasno zašto je u mnogim slučajevima potrebno koristiti različite deterdžente pri izolaciji integralnih membranskih proteina. Na primjer, Triton X-100 se može koristiti za solubilizaciju, ali je odvajanje s DEAE-celulozom najbolje provesti u prisutnosti oktil glukozida. Deterdženti se mogu mijenjati u fazi kromatografije, tijekom centrifugiranja s gradijentom gustoće, au nekim slučajevima i kroz dijalizu. Treba imati na umu da deterdžent koji nije prikladan za solubilizaciju određenog proteina može biti vrlo učinkovit u održavanju proteina u otopini nakon promjene deterdženta. Pročišćavanje se gotovo uvijek treba provoditi s viškom deterdženta u otopini, inače će se ravnoteža pomaknuti prema agregaciji membranskih proteina, a ne prema stvaranju kompleksa protein-deterdžent. U nekim slučajevima, takva agregacija može biti čak i poželjna, a konačni korak pročišćavanja može biti uklanjanje deterdženta. Ali, u pravilu, s nedostatkom deterdženta dolazi do nepovratnog taloženja i gubitka proteina.

Potreba za održavanjem koncentracije deterdženta na određenoj razini stvara dodatne poteškoće izvan onih koje se obično susreću u pročišćavanju proteina; O nekima smo već govorili. Problemi također nastaju kada se koristi standardna metoda soljenja pri visokim koncentracijama amonijevog sulfata: u mnogim slučajevima, protein se taloži u kombinaciji s deterdžentom i lipidom. Budući da slana otopina ima veliku gustoću, a deterdženta u agregatu relativno malo, tijekom centrifugiranja talog će ostati na površini. Važno je zapamtiti da kompleksi protein-deterdžent podliježu pročišćavanju, često sa značajnom količinom vezanog fosfolipida. To utječe na kvalitetu razdvajanja tijekom kromatografije, kao i na rezultate karakterizacije konačnih protopljivih proteina, potrebno je odrediti broj i molekulsku masu polipeptidnih podjedinica, njihovu stehiometriju, veličinu i, eventualno, oblik polipeptidnih podjedinica; molekula, kao i, ako je potrebno, biokemijska aktivnost.

Lipidi u membranama prvenstveno su zaslužni za njihova strukturna svojstva – stvaraju dvosloj, odnosno matriks, u kojem se nalaze aktivne komponente membrane – proteini. Proteini su ti koji različitim membranama daju jedinstvenost i daju specifična svojstva. Brojni membranski proteini obavljaju sljedeće glavne funkcije: određuju prijenos tvari kroz membrane (transportne funkcije), provode katalizu, osiguravaju procese foto- i oksidativne fosforilacije, replikaciju DNA, translaciju i modifikaciju proteina, prijem signala i prijenos živčanih impulsa itd.

Uobičajeno je podijeliti membranske proteine ​​u 2 skupine: sastavni(unutarnji) i periferni(vanjski). Kriterij za takvo odvajanje je stupanj čvrstoće vezanja proteina na membranu i, sukladno tome, stupanj ozbiljnosti obrade koji je potreban za izdvajanje proteina iz membrane. Stoga se periferni proteini mogu otpustiti u otopinu čak i kada se membrane isperu puferskim smjesama s niskom ionskom jakošću, niskim pH vrijednostima u prisutnosti kelatnih tvari, poput etilendiamintetraacetata (EDTA), koji vežu dvovalentne katione. Periferni proteini se oslobađaju iz membrana pod tako blagim uvjetima jer su povezani s lipidnim glavama ili s drugim membranskim proteinima pomoću slabih elektrostatskih interakcija, ili s hidrofobnim interakcijama s lipidnim repovima. Naprotiv, integralni proteini su amfifilne molekule, imaju velika hidrofobna područja na svojoj površini i nalaze se unutar membrane, pa njihova ekstrakcija zahtijeva destrukciju dvosloja. U te svrhe najčešće se koriste deterdženti ili organska otapala. Metode za pričvršćivanje proteina na membranu vrlo su različite (slika 4.8).

Transportni proteini. Lipidni dvosloj je nepropusna barijera za većinu molekula i iona topivih u vodi, a njihov transport kroz biomembrane ovisi o aktivnosti transportnih proteina. Postoje dvije glavne vrste ovih proteina: kanala(pore) i prijevoznici. Kanali su tuneli koji prolaze kroz membranu u kojima su vezna mjesta za transportirane tvari dostupna na obje površine membrane istovremeno. Kanali ne podliježu nikakvim konformacijskim promjenama tijekom transporta tvari; njihova se konformacija mijenja samo pri otvaranju i zatvaranju. Nosači, naprotiv, mijenjaju svoju konformaciju tijekom prijenosa tvari kroz membranu. Štoviše, u bilo kojem trenutku, mjesto vezivanja transportirane tvari u nosaču dostupno je samo na jednoj površini membrane.

Kanali se pak mogu podijeliti u dvije glavne skupine: ovisne o naponu i kemijski regulirane. Primjer potencijalno ovisnog kanala je Na + kanal; njegov rad se regulira promjenom napona električnog polja. Drugim riječima, ti se kanali otvaraju i zatvaraju kao odgovor na promjenu transmembranski potencijal. Kemijski regulirani kanali

otvaraju i zatvaraju kao odgovor na vezanje specifičnih kemijskih agenasa. Na primjer, nikotinski acetilkolinski receptor, kada se na njega veže neurotransmiter, prelazi u otvorenu konformaciju i dopušta prolaz monovalentnim kationima (pododjeljak 4.7 ovog poglavlja). Pojmovi "pora" i "kanal" obično se koriste kao sinonimi, ali pore se češće shvaćaju kao neselektivne strukture koje razlikuju tvari uglavnom po veličini i omogućuju prolaz svim dovoljno malim molekulama. Kanali se često shvaćaju kao ionski kanali. Brzina transporta kroz otvoreni kanal doseže 10 6 - 10 8 iona u sekundi.

Transporteri se također mogu podijeliti u 2 skupine: pasivne i aktivne. Uz pomoć pasivnih prijenosnika jedna vrsta tvari prenosi se kroz membranu. Uključeni su pasivni transporteri olakšana difuzija i samo povećavaju protok tvari duž elektrokemijskog gradijenta (na primjer, prijenos glukoze kroz membrane eritrocita). Aktivni prijenosnici prenose tvari kroz membranu koristeći energiju. Ovi transportni proteini nakupljaju tvari na jednoj strani membrane, prenoseći ih protiv elektrokemijskog gradijenta. Brzina transporta pomoću nosača uvelike ovisi o njihovoj vrsti i kreće se od 30 do 10 5 s -1. Pojmovi "permeaza" i "translokaza" često se koriste za označavanje pojedinačnih transportera, što se može smatrati sinonimom za termin "transporter".

Funkcije enzima membranskih proteina. U staničnim membranama djeluje velik broj različitih enzima. Neki od njih su lokalizirani u membrani, pronalazeći tamo pogodno okruženje za transformaciju hidrofobnih spojeva, drugi, zahvaljujući sudjelovanju membrana, smješteni su u njima u strogom redoslijedu, katalizirajući uzastopne faze vitalnih procesa, dok je drugima potrebna pomoć lipida za stabilizaciju njihove konformacije i održavanje aktivnosti. U biomembranama su pronađeni enzimi - predstavnici svih poznatih klasa. Oni mogu prodrijeti kroz membranu, biti prisutni u njoj u otopljenom obliku ili, kao periferni proteini, vezati se za površine membrane kao odgovor na bilo koji signal. Mogu se razlikovati sljedeći karakteristični tipovi membranskih enzima:

1) transmembranski enzimi koji kataliziraju spregnute reakcije na suprotnim stranama membrane. Ovi enzimi obično imaju nekoliko aktivnih centara smještenih na suprotnim stranama membrane. Tipični predstavnici takvih enzima su komponente dišnog lanca ili fotosintetski redoks centri koji kataliziraju redoks procese povezane s transportom elektrona i stvaranjem ionskih gradijenata na membrani;

2) transmembranski enzimi koji sudjeluju u transportu tvari. Prijenosni proteini koji spajaju prijenos tvari s hidrolizom ATP-a, na primjer, imaju katalitičku funkciju;

3) enzimi koji kataliziraju transformaciju membranski vezanih supstrata. Ovi enzimi sudjeluju u metabolizmu komponenti membrane: fosfolipida, glikolipida, steroida itd.

4) enzimi uključeni u transformaciju supstrata topljivih u vodi. Uz pomoć membrana, najčešće u pričvršćenom stanju, enzimi se mogu koncentrirati u onim područjima membrane gdje je sadržaj njihovih supstrata najveći. Na primjer, enzimi koji hidroliziraju proteine ​​i škrob vezani su za membrane crijevnih mikrovila, što pomaže povećati brzinu razgradnje tih supstrata.

Proteini citoskeleta . Citoskelet je složena mreža proteinskih vlakana različitih vrsta i prisutan je samo u eukariotskim stanicama. Citoskelet osigurava mehaničku potporu plazma membrani i može odrediti oblik stanice, kao i položaj organela i njihovo kretanje tijekom mitoze. Uz sudjelovanje citoskeleta provode se i tako važni procesi za stanicu kao što su endo- i egzocitoza, fagocitoza i ameboidno kretanje. Dakle, citoskelet je dinamički okvir stanice i određuje njezinu mehaniku.

Citoskelet se sastoji od tri vrste vlakana:

1) mikrofilamenti(promjer ~6 nm). Oni su končasti organeli – polimeri globularnog proteina aktina i drugih proteina povezanih s njim;

2) intermedijarni filamenti (promjera 8-10 nm). Tvore ga keratini i srodni proteini;

3) mikrotubule(promjer ~ 23 nm) - duge cjevaste strukture.

Sastoje se od globularnog proteina zvanog tubulin, čije podjedinice tvore šuplji cilindar. Duljina mikrotubula može doseći nekoliko mikrometara u citoplazmi stanica i nekoliko milimetara u aksonima živaca.

Navedene citoskeletne strukture prodiru u stanicu u različitim smjerovima i usko su povezane s membranom, pričvršćujući se na nju na nekim mjestima. Ovi dijelovi membrane igraju važnu ulogu u međustaničnim kontaktima; uz njihovu pomoć stanice se mogu pričvrstiti na podlogu. Oni također igraju važnu ulogu u transmembranskoj distribuciji lipida i proteina u membranama.

Proteini povezani s polarnim glavama membranskih lipida

Proteini koji tvore komplekse s integralnim membranskim proteinima

Površinski proteini

Površinski proteini često se vežu za membranu, u interakciji s integralnim proteinima ili površinskim regijama lipidnog sloja.

Brojni probavni enzimi uključeni u hidrolizu škroba i proteina vezani su za integralne membranske proteine ​​crijevnih mikrovila.

Primjeri takvih kompleksa su saharaza-izomaltaza i maltaza-glikoamilaza. Možda veza ovih probavnih enzima s membranom omogućuje hidrolizu supstrata velikom brzinom i apsorpciju produkata hidrolize u stanici.

Polarne ili nabijene domene proteinske molekule mogu komunicirati s polarnim glavama lipida, stvarajući ionske i vodikove veze. Osim toga, mnogi proteini topljivi u citosolu mogu se pod određenim uvjetima kratkotrajno vezati za površinu membrane. Ponekad je vezanje proteina nužan uvjet za manifestaciju enzimske aktivnosti. Takvi proteini, na primjer, uključuju protein kinazu C i faktore zgrušavanja krvi.

Pričvršćivanje membranskim "sidrom"

"Sidro" može biti nepolarna proteinska domena izgrađena od aminokiselina s hidrofobnim radikalima. Primjer takvog proteina je citokrom b 5 ER membrane. Ovaj protein je uključen u redoks reakcije kao prijenosnik elektrona.

Ulogu membranskog “sidra” može imati i ostatak masne kiseline kovalentno vezan za protein (miristična - C 14 ili palmitinska - C 16). Proteini povezani s masnim kiselinama nalaze se uglavnom na unutarnjoj površini plazma membrane. Miristinska kiselina dodaje se na N-terminalni glicin kako bi se stvorila amidna veza. Palmitinska kiselina stvara tioestersku vezu s cisteinom ili estersku vezu s ostacima serina i treonina.

Mala skupina proteina može komunicirati s vanjskom površinom stanice pomoću fosfatidilinozitol glikanskog proteina kovalentno vezanog za C-kraj proteina. Ovo "sidro" često je jedina veza između proteina i membrane, stoga se pod djelovanjem fosfolipaze C ovaj protein odvaja od membrane.

Neki od transmembranskih proteina prelaze membranu jednom (glikoforin), drugi imaju nekoliko regija (domena) koje uzastopno prelaze dvosloj.

Integralni membranski proteini koji sadrže od 1 do 12 transmembranskih domena. 1- LDL receptor; 2 - GLUT-1 - transporter glukoze; 3 - inzulinski receptor; 4 - adrenoreceptor.

Transmembranske domene koje obuhvaćaju dvosloj imaju α-spiralnu konformaciju. Polarni aminokiselinski ostaci okrenuti su prema unutrašnjosti globule, a nepolarni su u kontaktu s lipidima membrane. Takvi se proteini nazivaju "obrnuti" u usporedbi s proteinima topivim u vodi, u kojima je većina hidrofobnih aminokiselinskih ostataka skrivena unutra, a hidrofilni se nalaze na površini.

Biološke membrane, koji se nalaze na granici stanice i izvanstaničnog prostora, kao i na granici membranskih organela stanice (mitohondrija, endoplazmatskog retikuluma, Golgijevog kompleksa, lizosoma, peroksisoma, jezgre, membranskih vezikula) i citosola bitni su za funkcioniranje stanice kao cjeline i njezinih organela. Stanične membrane imaju u osnovi sličnu molekularnu organizaciju. U ovom poglavlju o biološkim membranama govori se prvenstveno na primjeru plazma membrane (plazmoleme) koja odvaja stanicu od izvanstaničnog okoliša.

Bilo koje biološka membrana(Sl. 2–1) sastoji se od fosfolipidi(~50%) i proteina (do 40%). U manjim količinama membrana sadrži druge lipide, kolesterol i ugljikohidrate.

Riža. 2–1. sastoji se od dvostrukog sloja fosfolipidi, čiji su hidrofilni dijelovi (glave) usmjereni prema površini membrane, a hidrofobni dijelovi (repovi koji stabiliziraju membranu u obliku dvosloja) u membranu. I - integralni proteini uronjen u membranu. T – transmembranski proteini prodiru kroz cijelu debljinu membrane. P - periferni proteini nalazi se na vanjskoj ili unutarnjoj površini membrane.

Fosfolipidi. Molekula fosfolipida sastoji se od polarnog (hidrofilnog) dijela (glave) i apolarnog (hidrofobnog) dvostrukog ugljikovodičnog repa. U vodenoj fazi, fosfolipidne molekule automatski agregiraju rep do repa, tvoreći okvir biološke membrane (sl. 2-1 i 2-2) u obliku dvostrukog sloja (dvosloja). Tako su u membrani repovi fosfolipida (masnih kiselina) usmjereni u dvosloj, a glave koje sadrže fosfatne skupine prema van.

Arahidonska kiselina. Arahidonska kiselina oslobađa se iz membranskih fosfolipida - prekursora Pg, tromboksana, leukotriena i niza drugih biološki aktivnih tvari s brojnim funkcijama (upalni medijatori, vazoaktivni čimbenici, sekundarni glasnici i dr.).

Liposomi- membranske vezikule umjetno pripravljene od fosfolipida promjera od 25 nm do 1 μm. Liposomi koriste se kao modeli bioloških membrana, kao i za uvođenje raznih tvari (na primjer, gena, lijekova) u stanice; potonja se okolnost temelji na činjenici da se membranske strukture (uključujući liposome) lako spajaju (zbog fosfolipidnog dvosloja).

Vjeverice biološke membrane dijelimo na integralne (uključujući transmembranske) i periferne (sl. 2-1 i 2-2).

Integralni membranski proteini (globularni) ugrađen u lipidni dvosloj. Njihove hidrofilne aminokiseline u interakciji su s fosfatnim skupinama fosfolipida, a njihove hidrofobne aminokiseline u interakciji s lancima masnih kiselina. Integralni membranski proteini uključuju adhezijske proteine ​​i neke receptorske proteine ​​(membranski receptori).

Transmembranski protein - proteinska molekula koja prolazi kroz cijelu debljinu membrane i strši iz nje i na vanjskoj i unutarnjoj površini. Transmembranski proteini uključuju pore, ionske kanale, transportere, pumpe i neke receptorske proteine.

Pore ​​i kanali- transmembranski putovi kojima se kreću voda, ioni i molekule metabolita između citosola i međustaničnog prostora (i u suprotnom smjeru).

Vektori provesti transmembransko kretanje specifičnih molekula (uključujući u kombinaciji s prijenosom iona ili molekula druge vrste).

Pumpe pomiču ione suprotno njihovim koncentracijskim i energetskim gradijentima (elektrokemijski gradijent) koristeći energiju oslobođenu hidrolizom ATP-a.

Proteini periferne membrane (fibrilarni i globularni) nalaze se na jednoj od površina stanične membrane (vanjskoj ili unutarnjoj) i nekovalentno su povezani s integralnim membranskim proteinima.

Primjeri perifernih membranskih proteina povezanih s vanjskom površinom membrane su - receptorski proteini I adhezijski proteini.

Primjeri perifernih membranskih proteina povezanih s unutarnjom površinom membrane su - proteini citoskeleta, proteini sustava drugog glasnika, enzimi i druge bjelančevine.

Bočna pokretljivost. Integralni proteini mogu se redistribuirati u membrani kao rezultat interakcije s perifernim proteinima, elementima citoskeleta, molekulama u membrani susjedne stanice i komponentama izvanstaničnog matriksa.

Ugljikohidrati(uglavnom oligosaharidi) dio su glikoproteina i glikolipida membrane, čineći 2-10% njezine mase (slika 2-2). Lektini stupaju u interakciju s ugljikohidratima na površini stanice. Oligosaharidni lanci strše na vanjskoj površini staničnih membrana i tvore površinsku ljusku - glikokaliks.

Glikokaliks ima debljinu od oko 50 nm i sastoji se od oligosaharida kovalentno povezanih s glikoproteinima i glikolipidima plazmaleme. Funkcije glikokaliksa: međustanično prepoznavanje, međustanične interakcije, parijetalna probava (glikokaliks koji prekriva mikrovile graničnih stanica crijevnog epitela sadrži peptidaze i glikozidaze koje dovršavaju razgradnju proteina i ugljikohidrata).

Propusnost membrane

Membranski dvosloj razdvaja dvije vodene faze. Dakle, plazma membrana odvaja međustaničnu (intersticijsku) tekućinu od citosola, a membrane lizosoma, peroksisoma, mitohondrija i drugih membranskih unutarstaničnih organela odvajaju svoj sadržaj od citosola. Biološka membrana – polupropusna barijera.

Polupropusna membrana. Biološka membrana je definirana kao polupropusna, tj. barijera koja nije propusna za vodu, ali je propusna za tvari otopljene u njoj (ione i molekule).

Polupropusne strukture tkiva. U polupropusne tkivne strukture spadaju i stijenke krvnih kapilara te razne barijere (npr. filtracijska barijera bubrežnih tjelešaca, aerohematska barijera respiratornog dijela pluća, krvno-moždana barijera i mnoge druge, iako takve barijere - osim bioloških membrana (plazmolema) - uključuju i nemembranske komponente o propusnosti takvih tkivnih struktura "Transcelularna propusnost", 4. poglavlje .

Fizikalno-kemijski parametri međustanične tekućine i citosola značajno su različiti (vidi tablicu 2-1), a različiti su i parametri svake membranske unutarstanične organele i citosola. Vanjska i unutarnja površina biološke membrane su polarne i hidrofilne, ali je nepolarna jezgra membrane hidrofobna. Stoga nepolarne tvari mogu prodrijeti kroz lipidni dvosloj. Istodobno, hidrofobna priroda jezgre biološke membrane određuje temeljnu nemogućnost izravnog prodiranja polarnih tvari kroz membranu.

Nepolarne tvari(primjerice, kolesterol netopiv u vodi i njegovi derivati) slobodno prodiru kroz biološke membrane. Konkretno, iz tog razloga se receptori steroidnih hormona nalaze unutar stanice.

Polarne tvari(primjerice ioni Na+, K+ C1-, Ca2+; razni mali, ali polarni metaboliti, kao i šećeri, nukleotidi, makromolekule proteina i nukleinskih kiselina) sami ne prodiru kroz biološke membrane. Zato su receptori za polarne molekule (na primjer, peptidne hormone) ugrađeni u plazmatsku membranu, a sekundarni glasnici provode prijenos hormonskog signala u druge stanične odjeljke.

Selektivna propusnost- propusnost biološke membrane za specifične kemikalije) važna je za održavanje stanične homeostaze. optimalan sadržaj iona, vode, metabolita i makromolekula u stanici. Kretanje određenih tvari kroz biološku membranu naziva se transmembranski transport (transmembranski transport).

Stanice. Vezanje na signalnu molekulu (hormon ili transmiter) događa se na jednoj strani membrane, a stanični odgovor nastaje na drugoj strani membrane. Stoga igraju jedinstvenu i važnu ulogu u međustaničnoj komunikaciji i prijenosu signala.

Mnogi transmembranski receptori sastavljeni su od dvije ili više podjedinica koje djeluju usklađeno i mogu se odvojiti nakon vezanja na ligand ili promijeniti svoju konformaciju i nastaviti do sljedeće faze aktivacijskog ciklusa. Često se klasificiraju na temelju njihove molekularne strukture. Polipeptidni lanci najjednostavnijeg od ovih receptora prelaze lipidni dvosloj samo jednom, dok mnogi prelaze lipidni dvosloj sedam puta (na primjer, G-protein spregnuti receptori).

Struktura

Izvanstanična domena

Izvanstanična domena je regija receptora koja se nalazi izvan stanice ili organele. Ako polipeptidni lanac receptora prolazi stanicom nekoliko puta, vanjska se domena može sastojati od nekoliko petlji. Primarna funkcija receptora je osjetiti hormon (iako su neki receptori također sposobni odgovoriti na promjene u membranskom potencijalu), a u mnogim slučajevima hormon se veže za ovu domenu.

Transmembranska domena

Neki receptori su također proteinski kanali. Transmembranska domena uglavnom se sastoji od transmembranskih α-spirala. U nekim receptorima, kao što je nikotinski acetilkolinski receptor, transmembranska domena tvori membransku poru ili ionski kanal. Nakon što se izvanstanična domena aktivira (vezivanje hormona), kanal može dopustiti prolaz iona. Kod ostalih receptora, nakon vezanja hormona, transmembranska domena mijenja svoju konformaciju, što ima intracelularni učinak.

Intracelularna domena

Unutarstanična ili citoplazmatska domena u interakciji je s unutrašnjosti stanice ili organele, prenoseći primljeni signal. Postoje dva bitno različita načina takve interakcije:

• Unutarstanična domena veže se na efektorske signalne proteine, koji zauzvrat prenose signal duž signalnog lanca do odredišta.
• Ako je receptor povezan s enzimom ili sam ima enzimsku aktivnost, unutarstanična domena aktivira enzim (ili provodi enzimsku reakciju).

Klasifikacija

Većina transmembranskih receptora pripada jednoj od tri klase, koje se razlikuju po glavnom mehanizmu prijenosa signala. Klasificiraju se ionotropni i metabotropni transmembranski receptori. Ionotropni receptori, ili receptori povezani s ionskim kanalima, uključeni su, na primjer, u brzi prijenos sinaptičkih signala između neurona i drugih ciljnih stanica koje mogu osjetiti električne signale.

Metabotropni receptori prenose kemijske signale. Podijeljeni su u dvije velike klase: receptori povezani s G proteinom i receptori povezani s enzimima.

Receptori povezani s G proteinom također se nazivaju 7TM receptori (receptori sedam transmembranskih domena). Oni su transmembranski proteini s vanjskim segmentom za vezanje liganda, membranskim segmentom i citosolnim segmentom povezanim s G proteinom. Podijeljeni su u šest klasa na temelju sličnosti strukture i funkcije receptora, klase A-F (ili 1-6), koje su pak podijeljene u mnoge obitelji. Ova klasa uključuje receptore osjetilnih organa i adrenergičke receptore.

Poput GPCR-a, enzimski spregnuti receptori su transmembranski proteini čija se domena za vezanje liganda nalazi na vanjskoj strani membrane. Za razliku od GPCR-a, njihova citosolna domena nije povezana s G proteinom, već sama ima enzimatsku aktivnost ili izravno veže enzim. Tipično, umjesto sedam segmenata poput GPCR-a, takvi receptori imaju samo jedan transmembranski segment. Ovi receptori mogu uključivati ​​iste signalne putove kao GPCR. Ova klasa uključuje, na primjer, inzulinski receptor.

Postoji šest glavnih klasa enzimski spregnutih receptora:

• Receptorske tirozin kinaze - mogu izravno fosforilirati tirozinske ostatke, kako vlastite tako i za mali skup intracelularnih signalnih proteina.
• Receptori povezani s tirozin kinazom sami po sebi nisu aktivni enzimi, već izravno vežu citoplazmatske tirozin kinaze za prijenos signala.
• Receptorske serin-treonin kinaze – mogu izravno fosforilirati serinske ili treoninske ostatke, kako vlastite tako i one genskih regulacijskih proteina s kojima se vežu.
• Receptori povezani s histidin kinazama aktiviraju signalni put u dva koraka u kojem kinaza fosforilira vlastiti histidin i odmah prenosi fosfat na drugi intracelularni signalni protein.
• Receptorske gvanilat ciklaze - izravno kataliziraju proizvodnju cGMP molekula u citosolu, koje djeluju kao mali unutarstanični glasnik mehanizmima koji su uvelike slični cAMP-u.
• Tirozin fosfataze slične receptorima - uklanjaju fosfatne skupine iz tirozina unutarstaničnih signalnih proteina. Nazivaju se receptorima jer mehanizam njihovog djelovanja kao receptora ostaje nejasan.

Regulacija

U stanici postoji više načina regulacije aktivnosti transmembranskih receptora, a najvažniji su fosforilacija i internalizacija receptora.

vidi također

Bilješke

Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što su "transmembranski receptori" u drugim rječnicima:

Acetilkolin Kolinergički receptori (acetilkolinski receptori) transmembranski receptori čiji je ligand acetilkolin ... Wikipedia

Transmembranski receptori su membranski proteini koji se nalaze i djeluju ne samo u vanjskoj staničnoj membrani, već iu membranama odjeljaka i organela stanice. Vezanje na signalnu molekulu (hormon ili medijator) događa se s jednim ... ... Wikipedia - Neuropilin 1 Oznake Simboli NRP1 Entrez Gene ... Wikipedia

Dimer kompleksa senzorskog rodopsina II i proteina transduktora. Senzorski rodopsin prikazan je plavom bojom. Pogled u ravnini membrane. Senzorski rodopsis ... Wikipedia

Djelatna tvar ›› horiogonadotropin alfa* (Choriogonadotropin alfa*) Latinski naziv Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 horiogonadotropin alfa Farmakološka skupina: Hormoni hipotalamusa, hipofize, gonadotropini i njihovi antagonisti... ... Rječnik lijekova

Protein kinaza A je protein kinaza čija aktivnost ovisi o razini cAMP u stanici. Protein kinaza A aktivira i deaktivira enzime i druge proteine ​​putem fosforilacije (to jest, dodavanjem fosfatne skupine). Sadržaj... ...Wikipedia

Protein kinaza A je protein kinaza čija aktivnost ovisi o razini cAMP u stanici. Protein kinaza A aktivira i deaktivira enzime i druge proteine ​​zbog fosforilacije (tj. dodavanja fosfatne skupine). Sadržaj 1... ...Wikipedia