Transzmembrán receptorok. Transzmembrán fehérje A transzmembrán fehérjék végterméke

: jellemzők és szerkezeti elvek

1. A membránfehérjék szerkezete

A membránokban a lipidek fő szerepe a kétrétegű szerkezet stabilizálása, a fehérjék pedig a biomembránok aktív alkotóelemei. Meg fogunk tárgyalni néhány olyan alapelvet, amelyek hasznosnak bizonyultak a membránfehérjék szerkezeti jellemzőinek tisztázásában. Példákat adunk ezen elvek illusztrálására.

A membranológia fejlődésének hajnalán azt hitték, hogy a membránfehérjék szerkezetükben meglehetősen homogének, és 3 rétegben fekszenek a kettősréteg felületén. Most már hajlamosabbak vagyunk azt hinni, hogy legalábbis a transzmembrán fehérjék esetében azok a részei, amelyek a membránba merülnek, α-hélixeket tartalmaznak. Természetesen nagyon szeretnék levonni néhány egyértelmű következtetést ebben a kérdésben, de ezeknek tényadatokon kell alapulniuk. Az oldható fehérjék hatalmas szerkezeti sokféleségével szemben arra a következtetésre jutunk, hogy az integrált membránfehérjék sokkal összetettebbek lehetnek, mint azt jelenleg elképzeljük. Az oldható fehérjék szerkezeti típus szerinti osztályozására csak több mint 100 különböző fehérje szerkezetének nagy felbontású meghatározását követően került sor. Ami a transzmembrán fehérjéket illeti, ez csak egy esetben történt - a baktériumok fotoszintetikus reakcióközpontjának fehérjéjével. A bakteriorodopszin szerkezetére vonatkozó kis felbontású elektronmikroszkópos adatokkal együtt ez az egyetlen forrás, amelyre a legtöbb transzmembrán fehérje modellje alapozható.

Egy másik fontos szempont a fehérjék membránhoz való rögzítésének módja. ábrán sematikusan láthatóak. 3.1.

1. Kötődés a kettősrétegbe merített fehérjékkel. A példák közé tartozik a H + -ATPáz Fi része, amely a membránba ágyazott Fo részhez kötődik; Néhány citoszkeletális fehérje is megemlíthető.

2. Kötés a kétrétegű felülethez. Ez a kölcsönhatás elsősorban elektrosztatikus vagy hidrofób jellegű. Egyes membránfehérjék felületén a másodlagos vagy harmadlagos szerkezet sajátosságai miatt hidrofób domének alakulnak ki. Ezeket a felületi kölcsönhatásokat más kölcsönhatások, például transzmembrán horgonyzás mellett is fel lehet használni.

3. Kötés hidrofób „horgony” használatával; ez a szerkezet általában nem poláris aminosavak szekvenciájaként derül ki. Egyes membránfehérjék kovalensen kötött zsírsavakat vagy foszfolipideket használnak horgonyként.

4. Transzmembrán fehérjék. Egyesek csak egyszer, mások többször is átjutnak a membránon.

A külső és belső membránfehérjék közötti különbségek nem határozzák meg egyértelműen a kettősréteghez való kapcsolódásuk módját; ezek a különbségek csak kötésük relatív erősségét határozzák meg.

2. Membránfehérjék tisztítása

Az integrált membránfehérjék tisztításához és biokémiailag aktív formában történő előállításához detergensekre van szükség a fehérjék szolubilizálására és oldatban való tartósítására. A kapcsolódó mosószer-szükséglet és kezelés további kihívásokat jelent a fehérjetisztítás során jellemzően tapasztaltakon túl. Számos specifikus módszert fejlesztettek ki az integrált membránfehérjék izolálására, de a legtöbb tisztítási séma ugyanazon a kromatográfiás és hidrodinamikai technikán alapul, mint az oldható fehérjék esetében. Ez a kromatográfia DEAE-cellulózon, Sepharose-on vagy hidroxil-patiton, gélszűrés, centrifugálás szacharóz sűrűséggradiensben, stb. A mosószer helyes megválasztása nagyon fontos, hiszen a detergens roncsolja a biomembránt, átveszi a lipidek helyét körülvesz egy adott fehérjét, és meghatározza a fehérje oldatbeli stabilitását. A mosószerek hatásmechanizmusait az áttekintés tárgyalja.

2.1. MOSÓSZEREK

Az elmúlt két évtizedben nagyszámú, integrált membránfehérjék tisztítására alkalmas detergens vált elérhetővé. Elvileg olyan detergenst kell találni, amely nem bontja meg a membránfehérjék másodlagos és harmadlagos szerkezetét, hanem csak a legtöbb vagy az összes membránlipidet helyettesíti a fehérjemolekula hidrofób régióival érintkezve. A szolubilizálás végső célja a fehérje beépülése egy detergens micellába; a következő tisztítási stratégia az ilyen fehérje-detergens komplexek szétválasztása.

Az első probléma az optimális körülmények kiválasztása a vizsgált fehérje szolubilizálásához. A fehérjedenaturáló mosószerek nem alkalmasak erre a kényes feladatra. Másrészt sok mosószer nem pusztítja el hatékonyan a membránokat, és fehérjetartalmú vegyes micellákat képez. Az ilyen detergensek túl hidrofóbok vagy túl hidrofilek lehetnek ahhoz, hogy hatékonyan keveredjenek a membránlipidekkel, és ha koncentrációjuk elég magas, a kettős réteget globuláris kevert micellákká alakítsák. Eleinte azt remélték, hogy a szükséges mosószer kiválasztása egyetlen paraméterrel, az úgynevezett hidrofil-lipofil egyensúlysal rendszerezhető. Ezt a paramétert, amely 1 és 20 között változik, a felületaktív anyagok előállításánál használják a relatív hidrofóbicitás mérésére. Valójában bizonyos összefüggéseket kaptunk, amelyekből az következik, hogy egy mosószer HLB értéke felhasználható a biológiai rendszerekben való viselkedésének előrejelzésére. Általánosságban elmondható, hogy a 12,5 és 14,5 közötti HLB értékű detergensek a leghatékonyabb oldószerek az integrált membránfehérjékhez. Később azonban világossá vált, hogy egy adott membránfehérjéhez optimális detergensek keresése számos tényező figyelembevételét igényli, és ezt mindig empirikus vizsgálatnak kell kísérnie. A következőket kell figyelembe venni.

1.A vizsgált fehérje maximális szolubilizációja. A kritérium a fehérje átvitele a felülúszóba centrifugálás után, amely során a membrán ülepedik.

2. A fehérje szolubilizálása a kívánt formában. Általában enzimatikus aktivitásának megőrzéséről beszélünk, de néha bizonyos spektrális jellemzőket vagy specifikus fehérje-asszociátumok jelenlétét alkalmazzák. Ezenkívül előfeltétel a fehérje stabilitása a szolubilizálás után. Egyes esetekben a detergenssel együtt exogén foszfolipideket is adnak a biokémiai aktivitás fenntartása érdekében. Ilyen például az E. coli laktóz-permeáz és nátriumcsatorna-fehérje termelése. A szolubilizálás után néha glicerint vagy más poliolt adnak a fehérje stabilizálására. Célszerű proteázgátlókat is használni, és a szolubilizálást olyan körülmények között végezni, amelyek minimálisra csökkentik proteolitikus lebomlásának valószínűségét.

3. Lehetőség mosószer használatára ebben a technikában. Mindenekelőtt figyelembe kell venni a detergens töltetét, az adott pH-érték melletti viselkedést, a CMC-t és a detergens micellák méretét. Ez utóbbi tulajdonságok különösen fontosak. A nagy micellákat képező, alacsony CMC-tartalmú detergenseket nem távolítják el dialízissel vagy ultraszűréssel, mert a detergens monomerek koncentrációja túl alacsony. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy ha a fehérjét ultraszűréssel koncentrálják, az alacsony CMC-tartalmú detergens koncentrációja is megnő, ami fehérjedenaturációhoz vezethet. Emiatt sok kutató szívesebben használ magas CMC-tartalmú mosószereket, például oktil-glükozidot, epesókat vagy modernebb ikerionos mosószereket. A polisztirol gyanták, mint például a Biobidz SM-2, nagyon értékesek. Szelektíven kötődnek a mosószerekhez, például a Triton X-100-hoz, eltávolítják őket az oldatból, és teljesen dialízis nélkül is megoldhatók. Egy másik figyelembe veendő tényező a mosószer fényelnyelése. Egyes detergensek, mint például a Triton X-100, a közeli UV-tartományban abszorbeálódnak, így lehetetlenné teszi a fehérjekoncentráció meghatározását a 280 nm-en mért abszorbancia mérésével.

Mindezeket a tényezőket figyelembe véve világossá válik, hogy sok esetben miért szükséges különböző detergenseket használni az integrált membránfehérjék izolálásakor. Például a Triton X-100 használható szolubilizálásra, de a DEAE-cellulózzal való elválasztást legjobban oktil-glükozid jelenlétében végezni. A detergensek cserélhetők a kromatográfiás szakaszban, a sűrűséggradiens centrifugálás során, illetve bizonyos esetekben dialízissel. Szem előtt kell tartani, hogy egy adott fehérje szolubilizálására alkalmatlan detergens nagyon hatékony lehet a fehérje oldatban tartásában a mosószercsere után. A tisztítást szinte mindig feleslegben lévő mosószerrel kell végezni, különben az egyensúly a membránfehérjék aggregációja felé tolódik el, nem pedig a fehérje-detergens komplexek képződése felé. Egyes esetekben az ilyen aggregáció még kívánatos is lehet, és a végső tisztítási lépés a detergens eltávolítása lehet. De általában a mosószer hiánya esetén visszafordíthatatlan csapadék és fehérjeveszteség lép fel.

A mosószer-koncentráció bizonyos szinten tartásának szükségessége további nehézségeket okoz a fehérjetisztítás során jellemzően tapasztaltakon túl; Néhányról már beszéltünk. Problémák merülnek fel a szokásos kisózási módszer alkalmazásakor is, ha nagy koncentrációjú ammónium-szulfátot használnak: sok esetben a fehérje a detergenssel és a lipiddel együtt kicsapódik. Mivel a sóoldat nagy sűrűségű, és az aggregátumban viszonylag alacsony a detergens mennyisége, a centrifugálás során a csapadék a felületen marad. Fontos megjegyezni, hogy a fehérje-detergens komplexek tisztításnak vannak kitéve, gyakran jelentős mennyiségű kötött foszfolipidtel. Ez befolyásolja a kromatográfiás elválasztás minőségét, valamint a végső pro-oldható fehérjék jellemzésének eredményeit, meg kell határozni a polipeptid alegységek számát, molekulatömegét, sztöchiometriáját, méretét, esetleg alakját. molekula, valamint szükség esetén a biokémiai aktivitás.

A membránokban található lipidek elsősorban szerkezeti tulajdonságaikért felelősek - kettős réteget, vagy mátrixot hoznak létre, amelyben a membrán aktív komponensei - fehérjék - találhatók. A fehérjék azok, amelyek a különböző membránok egyediségét és specifikus tulajdonságokat biztosítanak. Számos membránfehérje a következő fő funkciókat látja el: meghatározza az anyagok membránokon keresztül történő átjutását (transzportfunkciók), katalízist végez, biztosítja a foto- és oxidatív foszforiláció folyamatait, a DNS-replikációt, a fehérjék transzlációját és módosítását, a jelek fogadását és átvitelét. idegimpulzusok stb.

A membránfehérjéket 2 csoportra szokás osztani: integrál(belső) és kerületi(külső). Az ilyen elválasztás kritériuma a fehérje membránhoz való kötődésének erőssége, és ennek megfelelően a fehérje membránból történő kivonásához szükséges feldolgozás súlyossága. Így a perifériás fehérjék még akkor is felszabadulhatnak oldatba, ha a membránokat alacsony ionerősségű, alacsony pH-jú pufferkeverékekkel mossák kelátképző anyagok, például etilén-diamin-tetraacetát (EDTA) jelenlétében, amelyek kétértékű kationokat kötnek meg. A perifériás fehérjék szabadulnak fel a membránokból ilyen enyhe körülmények között, mert lipidfejekhez vagy más membránfehérjékhez kapcsolódnak gyenge elektrosztatikus kölcsönhatások révén, vagy hidrofób kölcsönhatások a lipidfarokkal. Éppen ellenkezőleg, az integrált fehérjék amfifil molekulák, felületükön nagy hidrofób régiók találhatók, és a membránon belül helyezkednek el, így kivonásuk a kettős réteg megsemmisítését igényli. Erre a célra leggyakrabban mosószereket vagy szerves oldószereket használnak. A fehérjék membránhoz való rögzítésének módjai meglehetősen változatosak (4.8. ábra).

Transport fehérjék. A lipid kettős réteg áthatolhatatlan gátat képez a legtöbb vízoldható molekula és ion számára, és ezek transzportja a biomembránokon a transzportfehérjék aktivitásától függ. Ezeknek a fehérjéknek két fő típusa van: csatornák(pórusok) és szállítók. A csatornák membránon áthaladó alagutak, amelyekben a szállított anyagok kötőhelyei egyidejűleg mindkét membránfelületen elérhetők. A csatornák konformációs változáson nem mennek keresztül az anyagok szállítása során, konformációjuk csak nyitáskor és záráskor változik. A hordozók éppen ellenkezőleg, megváltoztatják konformációjukat az anyagok membránon való átjutása során. Ezenkívül a szállított anyag kötőhelye a hordozóban bármikor csak a membrán egyik felületén érhető el.

A csatornák pedig két fő csoportra oszthatók: feszültségfüggőre és kémiailag szabályozottra. Potenciálfüggő csatornára példa a Na + csatorna, működését az elektromos térfeszültség változtatásával szabályozzuk. Más szóval, ezek a csatornák a változás hatására nyílnak és záródnak transzmembrán potenciál. Kémiailag szabályozott csatornák

specifikus kémiai ágensek megkötésére válaszul nyit és zár. Például a nikotinos acetilkolin receptor, amikor egy neurotranszmitter kötődik hozzá, nyílt konformációba megy át, és lehetővé teszi az egyértékű kationok áthaladását (a fejezet 4.7 alfejezete). A „pórus” és „csatorna” kifejezéseket általában felcserélhetően használják, de a pórusokat gyakrabban nem szelektív struktúrákként értelmezik, amelyek elsősorban méretük alapján különböztetik meg az anyagokat, és lehetővé teszik az összes kellően kicsi molekula áthaladását. A csatornákon gyakran ioncsatornákat értünk. A nyitott csatornán keresztüli szállítási sebesség eléri a 10 6 - 10 8 iont másodpercenként.

A szállítók is 2 csoportra oszthatók: passzív és aktív. A passzív hordozók segítségével egyfajta anyag kerül át a membránon. A passzív transzporterek részt vesznek megkönnyített diffúzióés csak elektrokémiai gradiens mentén növelik az anyagok áramlását (például a glükóz átvitelét az eritrocita membránokon). Az aktív hordozók energiával szállítják az anyagokat a membránon keresztül. Ezek a transzportfehérjék anyagokat halmoznak fel a membrán egyik oldalán, és az elektrokémiai gradiens ellen szállítják azokat. A fuvarozókkal történő szállítás sebessége nagymértékben függ azok típusától, és 30 és 10 5 s -1 között mozog. A „permeáz” és „transzlokáz” kifejezéseket gyakran használják az egyes transzporterek megjelölésére, amelyek a „transzporter” kifejezés szinonimájának tekinthetők.

A membránfehérjék enzimfunkciói. A sejtmembránokban számos különböző enzim működik. Egy részük a membránban lokalizálódik, ahol megfelelő környezetet talál a hidrofób vegyületek átalakulásához, mások a membránok részvételének köszönhetően szigorú sorrendben helyezkednek el bennük, katalizálják az életfolyamatok egymást követő szakaszait, míg mások segítségre szorulnak. lipidek konformációjának stabilizálása és aktivitásuk fenntartása érdekében. A biomembránokban enzimeket találtak - az összes ismert osztály képviselői. Áthatolhatnak a membránon, feloldott formában jelen lehetnek benne, vagy perifériás fehérjék lévén, bármilyen jelre reagálva kötődhetnek a membrán felületéhez. A membránenzimek következő jellemző típusai különböztethetők meg:

1) transzmembrán enzimek, amelyek katalizálják a kapcsolt reakciókat a membrán ellentétes oldalán. Ezeknek az enzimeknek általában több aktív központja van, amelyek a membrán ellentétes oldalán helyezkednek el. Az ilyen enzimek tipikus képviselői a légzési lánc komponensei vagy a fotoszintetikus redox központok, amelyek katalizálják az elektrontranszporttal kapcsolatos redox folyamatokat és iongradiensek létrehozását a membránon;

2) az anyagok szállításában részt vevő transzmembrán enzimek. Az anyagátvitelt ATP-hidrolízissel összekapcsoló transzportfehérjék például katalitikus funkcióval rendelkeznek;

3) enzimek, amelyek katalizálják a membránhoz kötött szubsztrátok átalakulását. Ezek az enzimek részt vesznek a membránkomponensek metabolizmusában: foszfolipidek, glikolipidek, szteroidok stb.

4) a vízoldható szubsztrátok átalakulásában részt vevő enzimek. A membránok segítségével, leggyakrabban kapcsolt állapotban, az enzimek a membrán azon területein tudnak koncentrálódni, ahol a legnagyobb a szubsztráttartalmuk. Például a fehérjéket és a keményítőt hidrolizáló enzimek a bélmikrobolyhok membránjaihoz kapcsolódnak, ami elősegíti ezen szubsztrátok lebontásának sebességét.

A citoszkeletális fehérjék . A citoszkeleton különféle típusú fehérjerostok összetett hálózata, és csak az eukarióta sejtekben van jelen. A citoszkeleton mechanikai támaszt nyújt a plazmamembránnak, meghatározhatja a sejt alakját, valamint az organellumok elhelyezkedését és mozgását a mitózis során. A citoszkeleton részvételével olyan, a sejt számára fontos folyamatok is végbemennek, mint az endo- és exocitózis, a fagocitózis és az amőboid mozgás. Így a citoszkeleton a sejt dinamikus váza, és meghatározza annak mechanikáját.

A citoszkeleton háromféle rostból áll:

1) mikrofilamentumok(átmérője ~6 nm). Ezek fonalszerű organellumok - az aktin globuláris fehérje és más, hozzá kapcsolódó fehérjék polimerei;

2) közbenső szálak (átmérője 8-10 nm). Keratinok és rokon fehérjék alkotják;

3) mikrotubulusok(átmérő ~ 23 nm) - hosszú csőszerű szerkezetek.

Tubulin nevű globuláris fehérjéből állnak, amelynek alegységei üreges hengert alkotnak. A mikrotubulusok hossza a sejtek citoplazmájában elérheti a több mikrométert, az idegek axonjaiban pedig a több millimétert.

A felsorolt ​​citoszkeletális struktúrák különböző irányokban hatolnak be a sejtbe, és szorosan kapcsolódnak a membránhoz, egyes pontokon hozzátapadnak. A membrán ezen szakaszai fontos szerepet játszanak a sejtközi érintkezésben, segítségükkel a sejtek a szubsztrátumhoz kapcsolódhatnak. Fontos szerepet játszanak a lipidek és fehérjék membránon keresztüli eloszlásában is.

A membránlipidek poláris fejéhez kapcsolódó fehérjék

Integrált membránfehérjékkel komplexet képező fehérjék

Felszíni fehérjék

A felszíni fehérjék gyakran kapcsolódnak a membránhoz, és kölcsönhatásba lépnek a lipidréteg integrált fehérjéivel vagy felszíni régióival.

A keményítő és fehérjék hidrolízisében részt vevő számos emésztőenzim a bélmikrobolyhok integrált membránfehérjéihez kapcsolódik.

Ilyen komplexek például a szacharáz-izomaltáz és a maltáz-glikoamiláz. Talán ezeknek az emésztőenzimeknek a membránhoz való kapcsolódása lehetővé teszi a szubsztrátok nagy sebességű hidrolízisét és a hidrolízistermékek sejt általi felszívódását.

A fehérjemolekulák poláris vagy töltött doménjei kölcsönhatásba léphetnek a lipidek poláris fejeivel, ionos és hidrogénkötéseket képezve. Ezenkívül számos, a citoszolban oldódó fehérje bizonyos körülmények között rövid ideig kötődhet a membrán felületéhez. Néha a fehérjekötés szükséges feltétele az enzimaktivitás megnyilvánulásának. Ilyen fehérjék például a protein-kináz C és a véralvadási faktorok.

Rögzítés membrán "horgonnyal"

A „horgony” egy nem poláris fehérjedomén lehet, amely aminosavakból épül fel hidrofób gyökökkel. Ilyen fehérje például az ER membrán citokróm b 5-je. Ez a fehérje elektronhordozóként vesz részt a redox reakciókban.

A membrán „horgony” szerepét a fehérjéhez kovalensen kötődő zsírsav (mirisztikus - C 14 vagy palmitin - C 16) is betöltheti. A zsírsavakhoz kapcsolódó fehérjék főként a plazmamembrán belső felületén helyezkednek el. A mirisztinsav hozzáadódik az N-terminális glicinhez, és amidkötést képez. A palmitinsav tioészter kötést képez ciszteinnel vagy észterkötést szerin- és treoninmaradékokkal.

A fehérjék egy kis csoportja kölcsönhatásba léphet a sejt külső felületével a fehérje C-terminálisához kovalensen kapcsolódó foszfatidil-inozitol-glikán fehérje használatával. Ez a „horgony” gyakran az egyetlen kapcsolat a fehérje és a membrán között, ezért a foszfolipáz C hatására ez a fehérje elválik a membrántól.

A transzmembrán fehérjék egy része egyszer átnyúlik a membránon (glikoforin), másoknak több régiója (doménje) van, amelyek egymás után áthaladnak a kettős rétegen.

Integrált membránfehérjék, amelyek 1-12 transzmembrán domént tartalmaznak. 1- LDL receptor; 2 - GLUT-1 - glükóz transzporter; 3 - inzulin receptor; 4 - adrenoreceptor.

A kettős réteget átívelő transzmembrán domének α-helikális konformációval rendelkeznek. A poláris aminosavak a gömb belsejébe néznek, a nem polárisak pedig a membránlipidekkel érintkeznek. Az ilyen fehérjéket a vízoldható fehérjékhez képest „fordítottnak” nevezik, amelyekben a hidrofób aminosavak nagy része el van rejtve, a hidrofil aminosavak pedig a felszínen találhatók.

Biológiai membránok, amelyek a sejt és az extracelluláris tér határán, valamint a sejt membránszervecskéinek (mitokondriumok, endoplazmatikus retikulum, Golgi-komplex, lizoszómák, peroxiszómák, sejtmag, membránvezikulák) határán és a citoszol nélkülözhetetlenek a mind a sejt egészének, mind az organellumainak működése. A sejtmembránok alapvetően hasonló molekuláris felépítésűek. Ebben a fejezetben a biológiai membránokat elsősorban a plazmamembrán (plazmolemma) példáján tárgyaljuk, amely elválasztja a sejtet az extracelluláris környezettől.

Bármi biológiai membrán(2–1. ábra) áll foszfolipidek(~50%) és fehérjék (akár 40%). Kisebb mennyiségben a membrán egyéb lipideket, koleszterint és szénhidrátokat is tartalmaz.

Rizs. 2–1. kettős rétegből áll foszfolipidek, melynek hidrofil részei (fejei) a membrán felülete felé, a hidrofób részei (a membránt kettős réteg formájában stabilizáló farok) pedig a membránba irányulnak. I - integrált fehérjék membránba merítve. T - transzmembrán fehérjékáthatol a membrán teljes vastagságán. P - perifériás fehérjék a membrán külső vagy belső felületén helyezkedik el.

Foszfolipidek. A foszfolipid molekula egy poláris (hidrofil) részből (fejből) és egy apoláris (hidrofób) kettős szénhidrogén-farokból áll. A vizes fázisban a foszfolipidmolekulák automatikusan aggregálódnak egymáshoz, így a biológiai membrán vázát alkotják (2-1. és 2-2. ábra) kettős réteg (kettős réteg) formájában. Így a membránban a foszfolipidek (zsírsavak) farka a kettős rétegbe, a foszfátcsoportokat tartalmazó fejek pedig kifelé irányulnak.

Arachidonsav. Az arachidonsav felszabadul a membránfoszfolipidekből - a Pg, a tromboxánok, a leukotriének és számos más, számos funkcióval rendelkező biológiailag aktív anyag prekurzora (gyulladásos mediátorok, vazoaktív faktorok, másodlagos hírvivők stb.).

Liposzómák- 25 nm és 1 μm közötti átmérőjű foszfolipidekből mesterségesen előállított membránvezikulák. Liposzómák biológiai membránok modelljeként, valamint különféle anyagok (például gének, gyógyszerek) sejtekbe történő bejuttatására; ez utóbbi körülmény azon alapul, hogy a membránszerkezetek (beleértve a liposzómákat is) könnyen összeolvadnak (a foszfolipid kettős réteg miatt).

Mókusok A biológiai membránokat integrált (beleértve a transzmembránt is) és perifériás membránokra osztják (2-1. és 2-2. ábra).

Integrált membránfehérjék (globuláris) a lipid kettős rétegbe ágyazva. Hidrofil aminosavaik kölcsönhatásba lépnek a foszfolipidek foszfátcsoportjaival, hidrofób aminosavaik pedig zsírsavláncokkal. Az integrál membránfehérjék közé tartoznak az adhéziós fehérjék és egyes receptorfehérjék (membránreceptorok).

Transzmembrán fehérje - fehérjemolekula, amely a membrán teljes vastagságán áthalad, és abból mind a külső, mind a belső felületén kilóg. A transzmembrán fehérjék közé tartoznak a pórusok, ioncsatornák, transzporterek, pumpák és egyes receptorfehérjék.

Pórusok és csatornák- transzmembrán utak, amelyek mentén víz, ionok és metabolitmolekulák mozognak a citoszol és az intercelluláris tér között (és ellenkező irányban).

Vektorok meghatározott molekulák transzmembrán mozgásának végrehajtása (beleértve az ionok vagy más típusú molekulák átvitelét is).

Szivattyúk az ionokat koncentrációjuk és energiagradiensük (elektrokémiai gradiens) ellenében mozgatják az ATP hidrolízise során felszabaduló energia felhasználásával.

Perifériás membránfehérjék (fibrilláris és globuláris) a sejtmembrán egyik felületén (külső vagy belső) helyezkednek el, és nem kovalensen kapcsolódnak az integrált membránfehérjékhez.

Példák a membrán külső felületéhez kapcsolódó perifériás membránfehérjékre: receptor fehérjékÉs adhéziós fehérjék.

Példák a membrán belső felületéhez kapcsolódó perifériás membránfehérjékre: citoszkeleton fehérjék, második hírvivő rendszer fehérjék, enzimekés egyéb fehérjék.

Oldalirányú mobilitás. A perifériás fehérjékkel, citoszkeletális elemekkel, a szomszédos sejt membránjában lévő molekulákkal és az extracelluláris mátrix komponenseivel való kölcsönhatás eredményeként az integrál fehérjék újra eloszlanak a membránban.

Szénhidrát(főleg oligoszacharidok) a membrán glikoproteinjeinek és glikolipideinek részei, tömegének 2-10%-át teszik ki (2-2. ábra). A lektinek kölcsönhatásba lépnek a sejtfelszíni szénhidrátokkal. Oligoszacharid láncok nyúlnak ki a sejtmembránok külső felületén és képezik a felszíni héjat - glikokalix.

Glycocalyx vastagsága körülbelül 50 nm, és a plazmalemma glikoproteinjeivel és glikolipidjeihez kovalensen kapcsolódó oligoszacharidokból áll. A glikokalix funkciói: intercelluláris felismerés, intercelluláris interakciók, parietális emésztés (a bélhám határsejtjeinek mikrobolyhjait borító glikokalix peptidázokat és glikozidázokat tartalmaz, amelyek befejezik a fehérjék és szénhidrátok lebontását).

Membránáteresztő képesség

A membrán kettős réteg választja el a két vizes fázist. Így a plazmamembrán elválasztja az intercelluláris (intersticiális) folyadékot a citoszoltól, és a lizoszómák, peroxiszómák, mitokondriumok és más membrán intracelluláris organellumok membránjai választják el tartalmukat a citoszoltól. Biológiai membrán - félig áteresztő gát.

Félig áteresztő membrán. A biológiai membránt félig áteresztőnek, azaz félig áteresztőnek nevezzük. víznek nem, de a benne oldott anyagoknak (ionoknak és molekuláknak) áteresztő gátja.

Félig áteresztő szöveti struktúrák. A félig áteresztő szöveti struktúrák közé tartozik még a vérkapillárisok fala és különféle gátak (például a vesetestek filtrációs gátja, a tüdő légzőszervének aerohematikus gátja, a vér-agy gát és még sok más, bár ilyen gátak) - a biológiai membránok (plazmolemma) mellett - nem membrán komponenseket is tartalmaznak, az ilyen szöveti struktúrák permeabilitását a fejezet tárgyalja. „Transcelluláris permeabilitás” 4. fejezet .

Az intercelluláris folyadék és a citoszol fizikai-kémiai paraméterei szignifikánsan eltérnek egymástól (lásd 2-1. táblázat), és az egyes membrán intracelluláris organellumok és citoszolok paraméterei is eltérőek. A biológiai membrán külső és belső felülete poláris és hidrofil, de a membrán nem poláris magja hidrofób. Ezért a nem poláris anyagok áthatolhatnak a lipid kettős rétegen. Ugyanakkor a biológiai membrán magjának hidrofób természete határozza meg a poláris anyagok membránon keresztüli közvetlen behatolásának alapvető lehetetlenségét.

Nem poláris anyagok(például vízben oldhatatlan koleszterin és származékai) szabadon áthatolnak a biológiai membránokon. Különösen ez az oka annak, hogy a szteroid hormon receptorok a sejt belsejében helyezkednek el.

Poláris anyagok(például Na+, K+ C1-, Ca2+ ionok; különféle kicsi, de poláris metabolitok, valamint cukrok, nukleotidok, fehérje és nukleinsav makromolekulák) önmagukban nem hatolnak át a biológiai membránokon. Ezért a poláris molekulák (például a peptidhormonok) receptorai beépülnek a plazmamembránba, és a másodlagos hírvivők végzik a hormonális jel átvitelét más sejtkompartmentek felé.

Szelektív permeabilitás- a biológiai membrán bizonyos vegyi anyagokkal szembeni permeabilitása) fontos a sejtek homeosztázisának fenntartásához. optimális ion-, víz-, metabolit- és makromolekulák tartalma a sejtben. A meghatározott anyagok biológiai membránon keresztüli mozgását transzmembrán transzportnak (transzmembrán transzport) nevezik.

Sejtek. A jelzőmolekulához (hormonhoz vagy transzmitterhez) való kötődés a membrán egyik oldalán történik, és a sejtválasz a membrán másik oldalán jön létre. Így egyedülálló és fontos szerepet töltenek be az intercelluláris kommunikációban és a jelátvitelben.

Sok transzmembrán receptor két vagy több alegységből áll, amelyek összehangoltan hatnak, és egy ligandumhoz kötődve disszociálhatnak, vagy megváltoztathatják konformációjukat, és továbbléphetnek az aktiválási ciklus következő szakaszába. Gyakran osztályozzák őket molekulaszerkezetük alapján. Ezen receptorok közül a legegyszerűbbek polipeptidláncai csak egyszer, míg sokak hétszer (például G-fehérjéhez kapcsolt receptorok) keresztezik a lipid kettős réteget.

Szerkezet

Extracelluláris tartomány

Az extracelluláris domén a receptor azon régiója, amely a sejten vagy organellumán kívül helyezkedik el. Ha a receptor polipeptid lánc többször áthalad a sejten, a külső domén több hurokból állhat. A receptor elsődleges funkciója egy hormon érzékelése (bár egyes receptorok képesek reagálni a membránpotenciál változásaira is), és sok esetben a hormon ehhez a tartományhoz kötődik.

Transzmembrán tartomány

Egyes receptorok fehérjecsatornák is. A transzmembrán domén főként transzmembrán α-hélixekből áll. Egyes receptorokon, például a nikotinos acetilkolin receptoron, a transzmembrán domén membránpórust vagy ioncsatornát képez. Amint az extracelluláris domén aktiválódik (hormonkötés), a csatorna átengedheti az ionokat. Más receptoroknál a hormonkötés után a transzmembrán domén megváltoztatja a konformációját, ami intracelluláris hatású.

Intracelluláris domén

Az intracelluláris vagy citoplazmatikus domén kölcsönhatásba lép a sejt vagy organellum belsejével, közvetítve a vett jelet. Az ilyen interakciónak két alapvetően eltérő módja van:

• Az intracelluláris domén effektor jelátviteli fehérjékhez kötődik, amelyek viszont a jelet a jelátviteli lánc mentén továbbítják a rendeltetési helyre.
• Ha a receptor egy enzimhez kapcsolódik, vagy maga is enzimatikus aktivitással rendelkezik, az intracelluláris domén aktiválja az enzimet (vagy enzimatikus reakciót hajt végre).

Osztályozás

A legtöbb transzmembrán receptor a három osztály egyikébe tartozik, amelyeket a jelátvitel fő mechanizmusa különböztet meg. Az ionotróp és metabotrop transzmembrán receptorokat osztályozzák. Az ionotróp receptorok vagy ioncsatornákhoz kapcsolt receptorok részt vesznek például a szinaptikus jelek gyors átvitelében az idegsejtek és más célsejtek között, amelyek képesek érzékelni az elektromos jeleket.

A metabotróp receptorok kémiai jeleket továbbítanak. Két nagy csoportra oszthatók: G-fehérjéhez kapcsolt receptorok és enzimkapcsolt receptorok.

A G-fehérjéhez kapcsolt receptorokat 7TM receptoroknak is nevezik (hét transzmembrán domén receptorok). Ezek transzmembrán fehérjék, amelyeknek külső szegmense a ligandumkötéshez, membránszegmensük és citoszol szegmensük van G-fehérjéhez kapcsolva. A receptorok szerkezetének és működésének hasonlósága alapján hat osztályba sorolhatók, A-F (vagy 1-6) osztályokba, amelyek viszont sok családra oszlanak. Ebbe az osztályba tartoznak az érzékszervi receptorok és az adrenerg receptorok.

A GPCR-ekhez hasonlóan az enzimkapcsolt receptorok is transzmembrán fehérjék, amelyek ligandumkötő doménje a membrán külső oldalán található. A GPCR-ekkel ellentétben ezek citoszolos doménje nem kapcsolódik G-fehérjéhez, hanem maga is enzimatikus aktivitással rendelkezik, vagy közvetlenül kötődik az enzimhez. Általában hét szegmens helyett, mint például a GPCR-ek, az ilyen receptoroknak csak egy transzmembrán szegmensük van. Ezek a receptorok ugyanazokat a jelátviteli útvonalakat tartalmazhatják, mint a GPCR-ek. Ebbe az osztályba tartozik például az inzulinreceptor.

Az enzimkapcsolt receptoroknak hat fő osztálya van:

• Receptor tirozin kinázok - közvetlenül képesek foszforilálni a tirozin maradékokat, mind a sajátjukat, mind az intracelluláris jelátviteli fehérjék kis csoportját.
• A tirozin-kinázhoz kapcsolt receptorok önmagukban nem aktív enzimek, hanem közvetlenül kötődnek a citoplazmatikus tirozin-kinázokhoz, hogy jeleket továbbítsanak.
• Receptor szerin-treonin kinázok - közvetlenül képesek foszforilálni a szerin vagy treonin maradékait, mind a sajátjukat, mind a génszabályozó fehérjéket, amelyekhez kötődnek.
• A hisztidin-kinázokhoz kapcsolódó receptorok egy kétlépcsős jelátviteli útvonalat aktiválnak, amelyben a kináz foszforilezi saját hisztidinét, és a foszfátot azonnal átviszi egy második intracelluláris jelátviteli fehérjébe.
• Receptor-guanilát-ciklázok – közvetlenül katalizálják a cGMP-molekulák termelését a citoszolban, amelyek kis intracelluláris hírvivőként működnek a cAMP-hez nagymértékben hasonló mechanizmusok révén.
• Receptorszerű tirozin-foszfatázok - eltávolítják a foszfátcsoportokat az intracelluláris jelátviteli fehérjék tirozinjaiból. Receptorszerűnek nevezik őket, mert receptorként való működésük mechanizmusa továbbra is tisztázatlan.

Szabályozás

A sejtben többféle módon lehet szabályozni a transzmembrán receptorok aktivitását, ezek közül a legfontosabb a receptorok foszforilációja és internalizálása.

Lásd még

Megjegyzések

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Nézze meg, mik azok a „transzmembrán receptorok” más szótárakban:

Acetilkolin Kolinerg receptorok (acetilkolin receptorok) transzmembrán receptorok, amelyek liganduma acetilkolin ... Wikipédia

A transzmembránreceptorok olyan membránfehérjék, amelyek nemcsak a külső sejtmembránban, hanem a sejt kompartmentjeinek és organellumainak membránjaiban is találhatók és működnek. A jelzőmolekulához (hormonhoz vagy közvetítőhöz) való kötődés egy ... ... Wikipédia - Neuropilin 1 Elnevezések Szimbólumok NRP1 Entrez Gene ... Wikipédia

Az érzékelő rodopszin II komplex és a transzducer fehérje dimerje. A szenzoros rodopszin kék színnel látható. Nézet a membrán síkjában. Érzékszervi rhodopsis ... Wikipédia

Hatóanyag ›› Choriogonadotropin alfa* (Choriogonadotropin alfa*) Latin név Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 Choriogonadotropin alfa Farmakológiai csoport: A hipotalamusz, agyalapi mirigy hormonjai, gonadotropinok és antagonistáik... ... Gyógyszerszótár

A protein kináz A egy protein kináz, amelynek aktivitása a sejtben lévő cAMP szintjétől függ. A protein-kináz A foszforilációval (azaz egy foszfátcsoport hozzáadásával) aktiválja és inaktiválja az enzimeket és más fehérjéket. Tartalom... ...Wikipédia

A protein kináz A egy protein kináz, amelynek aktivitása a sejtben lévő cAMP szintjétől függ. A protein-kináz A a foszforiláció (vagyis egy foszfátcsoport hozzáadása) következtében aktiválja és inaktiválja az enzimeket és más fehérjéket. Tartalom 1... ...Wikipédia