transmembraniniai receptoriai. Transmembraninio baltymo galutinis transmembraninių baltymų produktas

: charakteristikos ir struktūriniai principai

1. Membraninių baltymų sandara

Pagrindinis lipidų vaidmuo membranose yra stabilizuoti dvisluoksnę struktūrą, o baltymai yra aktyvūs biomembranų komponentai. Aptarsime kai kuriuos principus, kurie pasirodė naudingi išaiškinant membraninių baltymų struktūrines ypatybes. Pateiksime šiuos principus iliustruojančių pavyzdžių.

Membranologijos vystymosi pradžioje buvo manoma, kad membraniniai baltymai yra gana homogeniški savo struktūra ir sukrauti 3 sluoksnių pavidalu ant dvisluoksnio sluoksnio paviršiaus. Šiandien labiau tikėtina, kad jie yra linkę manyti, kad bent jau transmembraniniuose baltymuose tose jų dalyse, kurios yra panardintos į membraną, yra a-spiralių. Žinoma, labai norėčiau padaryti keletą nedviprasmiškų išvadų, tačiau jos turi būti pagrįstos tikrais duomenimis. Atsižvelgiant į didžiulę tirpių baltymų struktūrinę įvairovę, daroma išvada, kad integruoti membraniniai baltymai gali būti daug sudėtingesni, nei dabar įsivaizduojame. Tirpių baltymų klasifikavimas į struktūros tipus buvo atliktas tik tada, kai buvo nustatyta daugiau nei 100 skirtingų baltymų struktūra su didele raiška. Kalbant apie transmembraninius baltymus, tai buvo padaryta tik vienu atveju - bakterijų fotosintezės reakcijos centro baltymui. Kartu su mažos skiriamosios gebos elektroninės mikroskopijos duomenimis apie bakteriorodopsino struktūrą, tai yra vienintelis šaltinis, kuriuo remiantis galima sukurti daugelio kitų transmembraninių baltymų modelį.

Kitas svarbus dalykas yra baltymų prijungimo prie membranos metodai. Jie schematiškai parodyti fig. 3.1.

1. Prisirišimas prie baltymų, panardintų į dvisluoksnį. Pavyzdžiai apima H+-ATPazės Fi dalį, kuri jungiasi su Fo dalimi, įterpta į membraną; taip pat galima paminėti kai kuriuos citoskeleto baltymus.

2. Pririšimas prie dvisluoksnio paviršiaus. Ši sąveika pirmiausia yra elektrostatinė arba hidrofobinė. Kai kurių membraninių baltymų paviršiuje yra hidrofobinių domenų, kurie susidaro dėl antrinės ar tretinės struktūros ypatumų. Šios paviršiaus sąveikos gali būti naudojamos kartu su kitomis sąveikomis, tokiomis kaip transmembraninis inkaravimas.

3. Surišimas hidrofobiniu "inkaru"; ši struktūra paprastai išryškėja kaip nepolinių aminorūgščių liekanų seka. Kai kurie membraniniai baltymai kaip inkarus naudoja kovalentiškai surištas riebalų rūgštis arba fosfolipidus.

4. Transmembraniniai baltymai. Vieni per membraną kerta tik vieną kartą, kiti – kelis kartus.

Išorinės ir vidinės membranos baltymų skirtumai vienareikšmiškai nenurodo jų prisitvirtinimo prie dvisluoksnio būdo; šie skirtumai lemia tik santykinį jų surišimo stiprumą.

2. Membraninių baltymų valymas

Norint išvalyti vientisos membranos baltymus ir gauti juos biochemiškai aktyvioje formoje, reikalingi plovikliai, skirti baltymams ištirpinti ir laikyti juos tirpale. Reikalavimai plovikliams ir tvarkymas kelia papildomų iššūkių, be tų, su kuriais paprastai susiduriama valant baltymus. Buvo sukurta daug specifinių integruotų membraninių baltymų išskyrimo metodų, tačiau dauguma gryninimo schemų yra pagrįstos tais pačiais chromatografiniais ir hidrodinaminiais metodais, kurie naudojami tirpiems baltymams. Tai chromatografija su DEAE-celiulioze, sefaroze arba hidroksilapatitu, gelio filtravimas, centrifugavimas sacharozės tankio gradiente ir tt Tinkamas ploviklio pasirinkimas yra labai svarbus, nes būtent ploviklis ardo biomembraną, užimdamas lipidų aplinkinių lipidų vietą. konkretų baltymą ir nustato baltymo stabilumą tirpale. Apžvalgoje aptariami ploviklių veikimo mechanizmai.

2.1. plovimo priemonės

Per pastaruosius du dešimtmečius atsirado daug ploviklių, tinkančių integruotiems membranos baltymams valyti. Iš esmės reikėtų pabandyti rasti tokį ploviklį, kuris nesuardytų antrinių ir tretinių membraninių baltymų struktūrų, o tik pakeistų daugumą arba visus membranos lipidus, besiliečiančius su hidrofobinėmis baltymo molekulės sritimis. Galutinis tirpinimo tikslas yra baltymo įtraukimas į ploviklio micelę; vėlesnė valymo strategija yra atskirti tokius baltymo ir ploviklio kompleksus.

Pirmoji problema – tiriamo baltymo optimalių tirpinimo sąlygų parinkimas. Baltymus denatūruojantys plovikliai netinka tokiai subtiliai užduočiai atlikti. Kita vertus, daugelis ploviklių nėra pakankamai veiksmingi, kad suardytų membranas ir sudarytų baltymų turinčias mišrias miceles. Tokie plovikliai gali būti arba per hidrofobiniai, arba per daug hidrofiliški, kad būtų veiksmingai maišomi su membranos lipidais ir, esant pakankamai didelėms koncentracijoms, dvisluoksnį sluoksnį paverstų rutulinėmis mišriomis micelėmis. Iš pradžių buvo tikimasi, kad reikiamo ploviklio pasirinkimas gali būti susistemintas naudojant vieną parametrą, vadinamą hidrofiliniu-lipofiliniu balansu. Šis parametras, svyruojantis nuo 1 iki 20, naudojamas paviršinio aktyvumo medžiagų gamyboje kaip santykinio hidrofobiškumo matas. Iš tiesų, buvo gautos tam tikros koreliacijos, iš kurių matyti, kad ploviklio HLB vertė gali būti naudojama nuspėti jo elgesį biologinėse sistemose. Apskritai galima teigti, kad plovikliai, kurių HLB vertė yra nuo 12,5 iki 14,5, yra veiksmingiausi integralinių membranų baltymų tirpikliai. Tačiau vėliau paaiškėjo, kad ieškant optimalių ploviklių konkrečiam membranos baltymui reikia atsižvelgti į daugelį veiksnių ir visada turi būti atliktas empirinis patikrinimas. Reikia atsižvelgti į šiuos dalykus.

1.Maksimalus tiriamo baltymo tirpinimas. Kriterijus – baltymo perėjimas į supernatantą po centrifugavimo, kurio metu membrana nusodinama.

2. Baltymų ištirpinimas norima forma. Paprastai kalbame apie jo fermentinio aktyvumo išsaugojimą, tačiau kartais naudojamos tam tikros spektrinės charakteristikos arba specifinių baltymų junginių buvimas. Be to, būtina sąlyga yra baltymo stabilumas po tirpinimo. Kai kuriais atvejais kartu su plovikliu dedama ir egzogeninių fosfolipidų, kad išlaikytų biocheminį aktyvumą. Pavyzdys yra E. coli laktozės permeazės ir natrio kanalo baltymo gamyba. Kartais pridedama glicerolio ar kito poliolio, kad stabilizuotų baltymą po tirpinimo. Taip pat tikslinga naudoti proteazės inhibitorius ir atlikti tirpinimą tokiomis sąlygomis, kurios sumažina jų proteolitinio skilimo tikimybę.

3. Galimybė naudoti ploviklį šioje technikoje. Visų pirma, būtina atsižvelgti į ploviklio įkrovą, elgesį esant tam tikrai pH vertei, CMC ir ploviklio micelių dydį. Ypač svarbios paskutinės savybės. Plovikliai su mažu CMC, kurie sudaro dideles miceles, nepašalinami dializės ar ultrafiltravimo būdu dėl per mažos ploviklio monomerų koncentracijos. Praktiniu požiūriu tai reiškia, kad jei baltymas koncentruojamas ultrafiltravimo būdu, mažo CMC ploviklio koncentracija taip pat padidės, o tai gali sukelti baltymų denatūravimą. Dėl šios priežasties daugelis mokslininkų nori naudoti didelio CMC ploviklius, tokius kaip oktilgliukozidas, tulžies druskos arba naujesni cviterioniniai plovikliai. Polistireno dervos, tokios kaip Biobids SM-2, yra labai vertingos. Jie selektyviai jungiasi su plovikliais, tokiais kaip Triton X-100, pašalina juos iš tirpalo ir leidžia visiškai atsisakyti dializės. Kitas veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti, yra ploviklio šviesos sugertis. Kai kurie plovikliai, tokie kaip Triton X-100, sugeria artimą UV sritį, todėl neįmanoma nustatyti baltymų koncentracijos matuojant optinį tankį esant 280 nm bangos ilgiui.

Atsižvelgiant į visus šiuos veiksnius, tampa aišku, kodėl daugeliu atvejų integruotų membranų baltymų izoliacijai reikia naudoti skirtingus ploviklius. Pavyzdžiui, Triton X-100 gali būti naudojamas tirpinimui, o atskyrimą su DEAE-celiulioze geriausia atlikti esant oktilgliukozidui. Plovikliai gali būti keičiami chromatografijos, tankio gradiento centrifugavimo ir kai kuriais atvejais dializės metu. Reikėtų nepamiršti, kad ploviklis, netinkamas tirpinti tam tikram baltymui, gali labai veiksmingai išlaikyti baltymą tirpale pakeitus ploviklį. Valymas beveik visada turi būti atliekamas su ploviklio pertekliumi tirpale, kitaip pusiausvyra pasislinks į membraninių baltymų agregaciją, o ne į baltymų ir ploviklio kompleksų susidarymą. Kai kuriais atvejais toks sujungimas gali būti netgi pageidautinas, o paskutinis valymo etapas gali būti ploviklio pašalinimas. Tačiau, kaip taisyklė, trūkstant ploviklio, atsiranda negrįžtamų kritulių ir baltymų praradimo.

Poreikis išlaikyti tam tikrą ploviklio koncentraciją sukuria papildomų sunkumų, nei paprastai susiduriama valant baltymus; apie kai kuriuos iš jų jau kalbėjome. Problemų kyla ir naudojant standartinį išsūdymo metodą esant didelei amonio sulfato koncentracijai: daugeliu atvejų baltymas nusodinamas kartu su plovikliu ir lipidais. Kadangi sūrymas yra didelio tankio, o ploviklio santykinai mažai, centrifuguojant paviršiuje liks nuosėdų. Svarbu atsiminti, kad baltymų ir ploviklių kompleksai yra valomi, dažnai su dideliu kiekiu surišto fosfolipido. Tai turi įtakos atskyrimo kokybei chromatografijos metu, taip pat galutinių tirpių baltymų apibūdinimo rezultatams, būtina nustatyti polipeptido subvienetų skaičių ir molekulinę masę, jų stechiometriją, dydį ir, galbūt, molekulės formą, ir, jei reikia, biocheminis aktyvumas.

Membranų sudėtyje esantiems lipidams pirmiausia priskiriamos struktūrinės savybės - jie sukuria dvisluoksnį arba matricą, kurioje yra aktyvūs membranos komponentai - baltymai. Būtent baltymai įvairioms membranoms suteikia išskirtinumo ir suteikia specifinių savybių. Daugybė membraninių baltymų atlieka šias pagrindines funkcijas: nustato medžiagų pernešimą per membranas (transporto funkcijas), atlieka katalizę, užtikrina foto- ir oksidacinio fosforilinimo, DNR replikacijos, baltymų transliacijos ir modifikavimo procesus, signalų priėmimą ir perdavimą. nervinis impulsas ir kt.

Įprasta membraninius baltymus skirstyti į 2 grupes: integralas(vidinis) ir periferinis(išorinis). Tokio atskyrimo kriterijus yra baltymų prisijungimo prie membranos stiprumo laipsnis ir atitinkamai apdorojimo sunkumo laipsnis, reikalingas baltymui iš membranos išskirti. Taigi, periferiniai baltymai gali išsiskirti į tirpalą jau tada, kai membranos plaunamos buferiniais mišiniais, kurių joninis stiprumas žemas, žemos pH vertės, esant kompleksonams, pavyzdžiui, etilendiaminotetraacetatui (EDTA), kurie suriša dvivalečius katijonus. Periferiniai baltymai išsiskiria iš membranų tokiomis švelniomis sąlygomis, nes jie yra susieti su lipidų galvutėmis arba su kitais membranos baltymais dėl silpnos elektrostatinės sąveikos arba dėl hidrofobinės sąveikos su lipidų uodegomis. Atvirkščiai, integraliniai baltymai yra amfifilinės molekulės, kurių paviršiuje yra didelių hidrofobinių zonų ir yra membranos viduje, todėl norint juos išgauti, būtina sunaikinti dvisluoksnį sluoksnį. Šiems tikslams dažniausiai naudojami plovikliai arba organiniai tirpikliai. Baltymų prijungimo prie membranos būdai gana įvairūs (4.8 pav.).

Transporto baltymai. Lipidų dvisluoksnis sluoksnis yra nepralaidus barjeras daugumai vandenyje tirpių molekulių ir jonų, o jų pernešimas per biomembranas priklauso nuo transportuojančių baltymų aktyvumo. Yra du pagrindiniai šių baltymų tipai: kanalai(poros) ir vežėjai. Kanalai yra membraną kertantys tuneliai, kuriuose transportuojamų medžiagų surišimo vietos yra vienu metu abiejuose membranos paviršiuose. Medžiagų transportavimo metu kanalai nevyksta konformacinių pokyčių, jų konformacija keičiasi tik atidarant ir uždarant. Nešikliai, priešingai, keičia savo konformaciją medžiagoms pernešant per membraną. Be to, kiekvienu konkrečiu momentu perkeltos medžiagos surišimo vieta nešiklyje yra tik viename membranos paviršiuje.

Savo ruožtu kanalus galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes: priklausomus nuo įtampos ir chemiškai reguliuojamus. Nuo įtampos priklausomo kanalo pavyzdys yra Na + kanalas, jo veikimą reguliuoja elektrinio lauko įtampos pokytis. Kitaip tariant, šie kanalai atsidaro ir užsidaro reaguodami į pokyčius transmembraninis potencialas. Chemiškai reguliuojami kanalai

atsidaro ir užsidaro, reaguodama į konkrečių cheminių veiksnių surišimą. Pavyzdžiui, kai neuromediatorius prisijungia prie nikotino acetilcholino receptoriaus, jis pasikeičia į atvirą konformaciją ir praleidžia monovalentinius katijonus (šio skyriaus 4.7 poskyris). Sąvokos „poros“ ir „kanalas“ paprastai yra keičiamos, tačiau kartais jos suprantamos kaip neselektyvios struktūros, kurios išskiria medžiagas daugiausia pagal dydį ir leidžia visoms pakankamai mažoms molekulėms praeiti. Kanalai dažnai vadinami jonų kanalais. Pernešimo atviru kanalu greitis siekia 10 6 - 10 8 jonus per sekundę.

Vežėjus taip pat galima suskirstyti į 2 grupes: pasyvius ir aktyvius. Pasyviųjų nešiklių pagalba per membraną pernešamos vienos rūšies medžiagos. Dalyvauja pasyvūs vežėjai palengvinta difuzija ir tik padidinti medžiagos srautą, atliekamą pagal elektrocheminį gradientą (pavyzdžiui, gliukozės pernešimas per eritrocitų membranas). Aktyvūs nešikliai perneša medžiagas per membraną energijos kaina. Šie transportavimo baltymai kaupia medžiagas vienoje membranos pusėje, nešdami jas prieš elektrocheminį gradientą. Transportavimo greitis su vežėjų pagalba labai priklauso nuo jų rūšies ir svyruoja nuo 30 iki 10 5 s -1 . Dažnai terminai „permeazė“, „translokazė“ vartojami kalbant apie atskirus nešiklius, kurie gali būti laikomi termino „nešėjas“ sinonimu.

Membraninių baltymų fermentinės funkcijos. Ląstelių membranose veikia daug įvairių fermentų. Vieni jų yra lokalizuoti membranoje, surandant ten tinkamą aplinką hidrofobiniams junginiams virsti, kiti, dalyvaujant membranoms, išsidėstę jose griežta tvarka, katalizuojantys vienas po kito einančius gyvybinių procesų etapus, tretiems reikalinga pagalba. lipidų, kad stabilizuotų jų konformaciją ir išlaikytų aktyvumą. Biomembranose buvo rasti fermentai – visų žinomų klasių atstovai. Jie gali prasiskverbti pro membraną, būti joje ištirpusio pavidalo arba, būdami periferiniais baltymais, reaguodami į tam tikrą signalą prisijungti prie membranos paviršių. Galima išskirti šiuos būdingus membraninių fermentų tipus:

1) transmembraniniai fermentai, kurie katalizuoja susietas reakcijas priešingose ​​membranos pusėse. Šie fermentai, kaip taisyklė, turi keletą aktyvių centrų, esančių priešingose ​​membranos pusėse. Tipiški tokių fermentų atstovai yra kvėpavimo grandinės komponentai arba fotosintezės redokso centrai, kurie katalizuoja redokso procesus, susijusius su elektronų pernešimu ir joninių gradientų kūrimu membranoje;

2) transmembraniniai fermentai, dalyvaujantys medžiagų pernešime. Pavyzdžiui, transportavimo baltymai, kurie sujungia medžiagos perdavimą su ATP hidrolize, atlieka katalizinę funkciją;

3) fermentai, katalizuojantys su membrana susietų substratų virsmą. Šie fermentai dalyvauja membranos komponentų apykaitoje: fosfolipidų, glikolipidų, steroidų ir kt.

4) fermentai, dalyvaujantys vandenyje tirpių substratų transformacijoje. Membranų pagalba, dažniausiai prie jų pritvirtintoje būsenoje, fermentai gali koncentruotis tose membranų vietose, kuriose jų substratų kiekis yra didžiausias. Pavyzdžiui, baltymus ir krakmolą hidrolizuojantys fermentai prisitvirtina prie žarnyno mikrovilliukų membranų, todėl padidėja šių substratų skilimo greitis.

Citoskeleto baltymai . Citoskeletas yra sudėtingas įvairių tipų baltymų skaidulų tinklas ir yra tik eukariotinėse ląstelėse. Citoskeletas suteikia mechaninę atramą plazminei membranai, gali nustatyti ląstelės formą, taip pat organelių išsidėstymą ir judėjimą mitozės metu. Dalyvaujant citoskeletui, taip pat vyksta tokie svarbūs ląstelei procesai kaip endo- ir egzocitozė, fagocitozė, ameboidų judėjimas. Taigi citoskeletas yra dinaminis ląstelės karkasas ir lemia jos mechaniką.

Citoskeletas susidaro iš trijų tipų skaidulų:

1) mikrofilamentai(skersmuo ~ 6 nm). Jie yra siūliniai organeliai – rutulinio baltymo aktino ir kitų su juo susijusių baltymų polimerai;

2) tarpiniai siūlai (skersmuo 8-10 nm). Susidaro iš keratinų ir susijusių baltymų;

3) mikrovamzdeliai(skersmuo ~ 23 nm) – ilgos vamzdinės konstrukcijos.

Jie susideda iš rutulinio baltymo tubulino, kurio subvienetai sudaro tuščiavidurį cilindrą. Ląstelių citoplazmoje mikrovamzdelių ilgis gali siekti kelis mikrometrus, o nervų aksonuose – kelis milimetrus.

Šios citoskeleto struktūros prasiskverbia į ląstelę įvairiomis kryptimis ir yra glaudžiai susijusios su membrana, kai kuriose vietose prie jos prisitvirtindamos. Šios membranos dalys atlieka svarbų vaidmenį tarpląsteliniuose kontaktuose, jų pagalba ląstelės gali prisitvirtinti prie substrato. Jie taip pat atlieka svarbų vaidmenį transmembraniniame lipidų ir baltymų pasiskirstyme membranose.

Baltymai, susiję su poliarinėmis membranos lipidų galvutėmis

Baltymai, kurie sudaro kompleksus su integruotais membranos baltymais

Paviršiaus baltymai

Paviršiaus baltymai dažnai prisitvirtina prie membranos sąveikaudami su integruotais baltymais arba lipidų sluoksnio paviršiaus sritimis.

Nemažai virškinimo fermentų, dalyvaujančių krakmolo ir baltymų hidrolizėje, yra prijungti prie vientisų žarnyno mikrovilliukų membranų baltymų.

Tokių kompleksų pavyzdžiai yra sacharozės-izomaltazė ir maltazė-glikoamilazė. Gali būti, kad šių virškinimo fermentų susiejimas su membrana leidžia dideliu greičiu hidrolizuoti substratus ir pasisavinti ląstelės hidrolizės produktus.

Poliariniai arba įkrauti baltymo molekulės domenai gali sąveikauti su lipidų polinėmis „galvomis“, sudarydami joninius ir vandenilio ryšius. Be to, daugelis citozolyje tirpių baltymų tam tikromis sąlygomis gali trumpam prisirišti prie membranos paviršiaus. Kartais prisijungimas prie baltymų yra būtina fermentinio aktyvumo pasireiškimo sąlyga. Tokie baltymai, pavyzdžiui, apima proteinkinazę C, kraujo krešėjimo faktorius.

Inkaravimas su membraniniu "inkaru"

„Inkaras“ gali būti nepolinis baltymo domenas, sudarytas iš aminorūgščių su hidrofobiniais radikalais. Tokio baltymo pavyzdys yra ER membranos citochromas b 5. Šis baltymas dalyvauja redokso reakcijose kaip elektronų nešiklis.

Membranos „inkaro“ vaidmenį gali atlikti ir riebalų rūgšties likutis, kovalentiškai surištas su baltymu (miristinė – C 14 arba palmitinė – C 16). Baltymai, susiję su riebalų rūgštimis, yra lokalizuoti daugiausia vidiniame plazminės membranos paviršiuje. Miristo rūgštis pridedama prie N-galinio glicino, kad susidarytų amido jungtis. Palmitino rūgštis sudaro tioeterio ryšį su cisteinu arba esterio ryšį su serino ir treonino liekanomis.

Nedidelė baltymų grupė gali sąveikauti su išoriniu ląstelės paviršiumi naudojant fosfatidilinozitolglikaną, kovalentiškai prijungtą prie baltymo C galo. Šis „inkaras“ dažnai yra vienintelė jungtis tarp baltymo ir membranos, todėl, veikiant fosfolipazei C, šis baltymas atsiskiria nuo membranos.

Kai kurie transmembraniniai baltymai prasiskverbia pro membraną vieną kartą (glikoforinas), kiti turi keletą skyrių (domenų), kurie paeiliui kerta dvisluoksnį.

Integraliniai membraniniai baltymai, turintys nuo 1 iki 12 transmembraninių domenų. 1- MTL receptorius; 2 - GLUT-1 - gliukozės transporteris; 3 - insulino receptorius; 4 - adrenoreceptorius.

Transmembraniniai domenai, apimantys dvisluoksnį, turi α-spiralės konformaciją. Poliarinės aminorūgščių liekanos yra globulės viduje, o nepolinės kontaktuoja su membranos lipidais. Tokie baltymai vadinami „apverstais“, lyginant su vandenyje tirpiais baltymais, kuriuose didžioji dalis hidrofobinių aminorūgščių liekanų yra paslėpta viduje, o hidrofilinės yra paviršiuje.

biologinės membranos esantys ant ląstelės ir tarpląstelinės erdvės, taip pat ant ląstelės membraninių organelių (mitochondrijos, endoplazminis tinklas, Golgi kompleksas, lizosomos, peroksisomos, branduolys, membranos pūslelės) ir citozolis yra būtini tiek visos ląstelės, tiek jos organelių funkcionavimas. Ląstelių membranos turi iš esmės panašią molekulinę struktūrą. Šiame skyriuje biologinės membranos daugiausia nagrinėjamos plazminės membranos (plazmolemos), kuri atskiria ląstelę nuo tarpląstelinės aplinkos, pavyzdžiu.

Bet koks biologinė membrana(2–1 pav.) susideda iš fosfolipidai(~50%) ir baltymų (iki 40%). Mažesniais kiekiais membranoje yra kitų lipidų, cholesterolio ir angliavandenių.

Ryžiai. 2–1. susideda iš dvigubo sluoksnio fosfolipidai, kurios hidrofilinės dalys (galvutės) nukreiptos į membranos paviršių, o hidrofobinės dalys (uodegos, stabilizuojančios membraną dvisluoksnio pavidalo) membranos viduje. I – integraliniai baltymaiįterptas į membraną. T – transmembraniniai baltymai prasiskverbia per visą membranos storį. P – periferiniai baltymai yra išoriniame arba vidiniame membranos paviršiuje.

Fosfolipidai. Fosfolipido molekulė susideda iš polinės (hidrofilinės) dalies (galvutės) ir apolinės (hidrofobinės) dvigubos angliavandenilio uodegos. Vandeninėje fazėje fosfolipidų molekulės automatiškai agreguojasi nuo uodegos iki uodegos, sudarydamos dvigubo sluoksnio (dvisluoksnio) pavidalo biologinės membranos karkasą (2-1 ir 2-2 pav.). Taigi membranoje fosfolipidų (riebalų rūgščių) uodegos nukreipiamos į dvisluoksnį sluoksnį, o galvutės, kuriose yra fosfatų grupių, yra nukreiptos į išorę.

Arachidono rūgštis. Iš membraninių fosfolipidų išsiskiria arachidono rūgštis – Pg, tromboksanų, leukotrienų ir daugelio kitų daug funkcijų turinčių biologiškai aktyvių medžiagų pirmtakas (uždegiminiai mediatoriai, vazoaktyvūs faktoriai, antrieji mediatoriai ir kt.).

Liposomos- Membraninės pūslelės, dirbtinai pagamintos iš fosfolipidų, kurių skersmuo nuo 25 nm iki 1 μm. Liposomos naudojami kaip biologinių membranų modeliai, taip pat įvairių medžiagų (pavyzdžiui, genų, vaistų) įvedimui į ląstelę; pastaroji aplinkybė pagrįsta tuo, kad membranos struktūros (taip pat ir liposomos) lengvai susilieja (dėl fosfolipidinio dvisluoksnio).

Voverės biologinės membranos skirstomos į integralias (įskaitant transmembranines) ir periferines (2-1 ir 2-2 pav.).

Integraliniai membraniniai baltymai (rutuliniai) yra įterpti į lipidų dvigubą sluoksnį. Jų hidrofilinės aminorūgštys sąveikauja su fosfolipidų fosfatinėmis grupėmis, o jų hidrofobinės aminorūgštys sąveikauja su riebalų rūgščių grandinėmis. Integraliniams membraniniams baltymams priskiriami adheziniai baltymai, kai kurie receptorių baltymai (membraniniai receptoriai).

transmembraninis baltymas - baltymo molekulė, kuri praeina per visą membranos storį ir išsikiša iš jos tiek išoriniu, tiek vidiniu paviršiumi. Transmembraniniai baltymai apima poras, jonų kanalus, transporterius, siurblius ir kai kuriuos receptorių baltymus.

Poros ir kanalai- transmembraniniai keliai, kuriais vandens, jonų ir metabolitų molekulės juda tarp citozolio ir tarpląstelinės erdvės (ir priešinga kryptimi).

vežėjai atlikti konkrečių molekulių transmembraninį judėjimą (įskaitant kartu su kito tipo jonų ar molekulių perkėlimu).

Siurbliai perkelia jonus prieš jų koncentraciją ir energijos gradientus (elektrocheminis gradientas), naudojant ATP hidrolizės metu išsiskiriančią energiją.

Periferinės membranos baltymai (fibriliniai ir rutuliniai) yra viename iš ląstelės membranos paviršių (išoriniame arba vidiniame) ir yra nekovalentiškai susiję su vientisais membranos baltymais.

Periferinių membranų baltymų, susijusių su išoriniu membranos paviršiumi, pavyzdžiai - receptorių baltymai Ir adheziniai baltymai.

Periferinių membranų baltymų, susijusių su vidiniu membranos paviršiumi, pavyzdžiai: citoskeleto baltymai, antrojo pasiuntinio sistemos baltymai, fermentai ir kiti baltymai.

šoninis mobilumas. Integraliniai baltymai gali būti perskirstyti membranoje dėl sąveikos su periferiniais baltymais, citoskeleto elementais, kaimyninių ląstelių membranos molekulėmis ir tarpląstelinės matricos komponentais.

Angliavandeniai(daugiausia oligosacharidai) yra membranos glikoproteinų ir glikolipidų dalis, sudaro 2–10 % jos masės (2–2 pav.). Lektinai sąveikauja su ląstelės paviršiaus angliavandeniais. Oligosacharidų grandinės išsikiša ant išorinio ląstelių membranų paviršiaus ir sudaro paviršiaus apvalkalą - glikokaliksas.

Glikokaliksas yra apie 50 nm storio ir susideda iš oligosacharidų, kovalentiškai susietų su plazmos membranos glikoproteinais ir glikolipidais. Glikokalikso funkcijos: tarpląstelinis atpažinimas, tarpląstelinė sąveika, parietalinis virškinimas (žarnyno epitelio kraštinių ląstelių mikrovillius dengiančioje glikokaliksėje yra peptidazių ir glikozidazių, kurios užbaigia baltymų ir angliavandenių skaidymą).

Membranos pralaidumas

Dvi membranos sluoksnis atskiria dvi vandenines fazes. Taigi, plazmos membrana atskiria tarpląstelinį (intersticinį) skystį nuo citozolio, o lizosomų, peroksisomų, mitochondrijų ir kitų membraninių tarpląstelinių organelių membranos atskiria jų turinį nuo citozolio. Biologinė membrana – pusiau pralaidi barjera.

pusiau pralaidi membrana. Biologinė membrana apibrėžiama kaip pusiau pralaidi, t.y. barjeras, nepralaidus vandeniui, bet pralaidus jame ištirpusioms medžiagoms (jonams ir molekulėms).

Pusiau pralaidžios audinių struktūros. Pusiau pralaidžioms audinių struktūroms taip pat priskiriama kraujo kapiliarų sienelė ir įvairūs barjerai (pavyzdžiui, inkstų kūnelių filtravimo barjeras, plaučių kvėpavimo skyriaus oro-kraujo barjeras, kraujo-smegenų barjeras ir daugelis kitų). nors tokie barjerai - be biologinių membranų (plazmolemos) - apima ir ne membraninius komponentus. Skyriuje nagrinėjamas tokių audinių struktūrų pralaidumas. „Transląstelinis pralaidumas“ 4 skyrius .

Tarpląstelinio skysčio ir citozolio fizikiniai ir cheminiai parametrai labai skiriasi (žr. 2-1 lenteles), taip pat skiriasi ir kiekvienos membranos tarpląstelinio organoido ir citozolio parametrai. Biologinės membranos išorinis ir vidinis paviršiai yra poliniai ir hidrofiliniai, tačiau nepolinė membranos šerdis yra hidrofobinė. Todėl nepolinės medžiagos gali prasiskverbti į lipidų dvigubą sluoksnį. Tuo pačiu metu būtent hidrofobinis biologinės membranos šerdies pobūdis lemia esminį polinių medžiagų tiesioginio prasiskverbimo per membraną negalėjimą.

Nepolinės medžiagos(pavyzdžiui, vandenyje netirpus cholesterolis ir jo dariniai) laisvai prasiskverbia pro biologines membranas. Visų pirma, būtent dėl ​​šios priežasties steroidinių hormonų receptoriai yra ląstelės viduje.

polinės medžiagos(pavyzdžiui, Na+, K+ C1-, Ca2+ jonai; įvairūs smulkūs, bet poliniai metabolitai, taip pat cukrūs, nukleotidai, baltymų ir nukleorūgščių makromolekulės) per se per se neprasiskverbia pro biologines membranas. Štai kodėl polinių molekulių receptoriai (pavyzdžiui, peptidiniai hormonai) yra įmontuoti į plazmos membraną, o hormoninį signalą į kitus ląstelių skyrius perduoda antrieji pasiuntiniai.

Atrankinis pralaidumas- biologinės membranos pralaidumas konkrečių cheminių medžiagų atžvilgiu) - svarbus ląstelių homeostazei palaikyti. optimalus jonų, vandens, metabolitų ir makromolekulių kiekis ląstelėje. Konkrečių medžiagų judėjimas per biologinę membraną vadinamas transmembraniniu transportu (transmembraniniu transportu).

Ląstelės. Prisijungimas prie signalinės molekulės (hormono arba tarpininko) vyksta vienoje membranos pusėje, o ląstelės atsakas susidaro kitoje membranos pusėje. Taigi, jie atlieka unikalų ir svarbų vaidmenį tarp ląstelių ir perduodant signalus.

Daugelis transmembraninių receptorių susideda iš dviejų ar daugiau subvienetų, kurie veikia kartu ir gali disocijuoti prisijungę prie ligando arba pakeisti savo konformaciją ir pereiti į kitą aktyvinimo ciklo etapą. Jie dažnai klasifikuojami pagal jų molekulinę struktūrą. Paprasčiausių šių receptorių polipeptidinės grandinės lipidų dvisluoksnį kerta tik vieną kartą, o daugelis lipidų dvisluoksnį kerta septynis kartus (pavyzdžiui, su G baltymu susieti receptoriai).

Struktūra

Ekstraląstelinis domenas

Ekstraląstelinis domenas yra receptoriaus sritis, esanti už ląstelės arba organoido ribų. Jei receptoriaus polipeptidinė grandinė kerta ląstelę kelis kartus, išorinis domenas gali būti sudarytas iš kelių kilpų. Pagrindinė receptoriaus funkcija yra atpažinti hormoną (nors kai kurie receptoriai taip pat gali reaguoti į membranos potencialo pokyčius), ir daugeliu atvejų hormonas prisijungia prie šios srities.

transmembraninis domenas

Kai kurie receptoriai taip pat yra baltymų kanalai. Transmembraninis domenas daugiausia susideda iš transmembraninių α-spiralių. Kai kuriuose receptoriuose, pavyzdžiui, nikotino acetilcholino receptoriuose, transmembraninis domenas sudaro membranos poras arba jonų kanalą. Suaktyvinus tarpląstelinį domeną (susirišus su hormonais), kanalas gali perduoti jonus. Kituose receptoriuose po hormono prisijungimo transmembraninis domenas keičia savo konformaciją, kuri turi intracelulinį poveikį.

intracelulinis domenas

Tarpląstelinis arba citoplazminis domenas sąveikauja su ląstelės ar organoido vidumi, perduodamas gautą signalą. Yra du iš esmės skirtingi tokios sąveikos būdai:

• Intraląstelinis domenas jungiasi su efektoriniais signaliniais baltymais, kurie savo ruožtu perduoda signalą signalo grandine į paskirties vietą.
• Jei receptorius yra susijęs su fermentu arba pats turi fermentinį aktyvumą, viduląstelinis domenas aktyvuoja fermentą (arba atlieka fermentinę reakciją).

klasifikacija

Dauguma transmembraninių receptorių priklauso vienai iš trijų klasių, išsiskiriančių pagrindiniu signalo perdavimo mechanizmu. Suskirstykite jonotropinius ir metabotropinius transmembraninius receptorius. Jonotropiniai receptoriai arba receptoriai, sujungti su jonų kanalais, yra susiję, pavyzdžiui, greitai perduodant sinapsinius signalus tarp neuronų ir kitų tikslinių ląstelių, kurios gali suvokti elektrinius signalus.

Metabotropiniai receptoriai perduoda cheminius signalus. Jie skirstomi į dvi plačias klases: su G baltymu susietus receptorius ir su fermentais susietus receptorius.

G-baltymu susieti receptoriai dar vadinami 7TM receptoriais (septynių transmembraninių domenų receptoriai, receptoriai su septyniais transmembraniniais domenais). Tai yra transmembraniniai baltymai, turintys išorinį segmentą ligandų surišimui, membranos segmentą ir su G baltymu susietą citozolinį segmentą. Pagal receptorių struktūros ir funkcijų panašumą jie išskiria šešias klases, A-F (arba 1-6) klases, kurios, savo ruožtu, yra suskirstytos į daugybę šeimų. Ši klasė apima jutimo receptorius ir adrenoreceptorius.

Kaip ir GPCR, su fermentais susieti receptoriai yra transmembraniniai baltymai, kuriuose ligandą surišantis domenas yra už membranos ribų. Skirtingai nuo GPCR, jų citozolinis domenas nėra susietas su G baltymu, bet pats turi fermentinį aktyvumą arba tiesiogiai jungiasi su fermentu. Paprastai vietoj septynių segmentų, kaip GPCR, tokie receptoriai turi tik vieną transmembraninį segmentą. Šie receptoriai gali apimti tuos pačius signalizacijos kelius kaip ir GPCR. Į šią klasę įeina, pavyzdžiui, insulino receptoriai.

Yra šešios pagrindinės su fermentais susietų receptorių klasės:

• Receptorinės tirozino kinazės – gali tiesiogiai fosforilinti tirozino liekanas, tiek savo, tiek nedideliam tarpląstelinių signalinių baltymų rinkiniui.
• Su tirozino kinaze susieti receptoriai patys nėra aktyvūs fermentai, bet tiesiogiai jungiasi su citoplazmine tirozino kinaze signalo perdavimui.
• Receptorių serino-treonino kinazės – gali tiesiogiai fosforilinti serino ar treonino liekanas, tiek savo, tiek genų reguliavimo baltymams, prie kurių jos jungiasi.
• Su histidino kinaze susiję receptoriai aktyvuoja dviejų pakopų signalizacijos kelią, kurio metu kinazė fosforilina savo histidiną ir iš karto perkelia fosfatą į antrą tarpląstelinį signalinį baltymą.
• Receptorių guanilato ciklazės tiesiogiai katalizuoja cGMP molekulių gamybą citozolyje, kurios veikia kaip mažas tarpląstelinis pasiuntinys mechanizmuose, labai panašiuose į cAMP.
• Į receptorius panašios tirozino fosfatazės – pašalina fosfatų grupes iš tarpląstelinių signalinių baltymų tirozinų. Jie vadinami kaip receptoriai, nes jų, kaip receptorių, veikimo mechanizmas lieka neaiškus.

reglamentas

Ląstelėje yra keli būdai reguliuoti transmembraninių receptorių aktyvumą, svarbiausi būdai yra receptorių fosforilinimas ir internalizavimas.

taip pat žr

Pastabos

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „transmembraniniai receptoriai“ kituose žodynuose:

Acetilcholinas Cholinerginiai receptoriai (acetilcholino receptoriai) yra transmembraniniai receptoriai, kurių ligandas yra acetilcholinas ... Wikipedia

Transmembraniniai receptoriai yra membraniniai baltymai, kurie yra ir veikia ne tik išorinėje ląstelės membranoje, bet ir skyrių bei ląstelių organelių membranose. Prisijungimas prie signalinės molekulės (hormono ar tarpininko) įvyksta naudojant vieną ... ... Wikipedia - Neuropilin 1 žymėjimo simboliai NRP1 Entrez Gene ... Wikipedia

Sensorinio rodopsino II ir keitiklio baltymo komplekso dimeras. Sensorinis rodopsinas pavaizduotas mėlyna spalva. Vaizdas membranos plokštumoje. Palieskite rodopsiją ... Vikipedija

Veiklioji medžiaga ›› Choriogonadotropinas alfa * (Choriogonadotropin alfa *) Lotyniškas pavadinimas Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 Choriogonadotropinas alfa Farmakologinė grupė: pagumburio, hipofizės hormonai, gonadotropinai ir jų antagonistai ... Medicinos žodynas

Baltymų kinazė A yra baltymų kinazė, kurios aktyvumas priklauso nuo cAMP lygio ląstelėje. Baltymų kinazė A aktyvina ir inaktyvuoja fermentus ir kitus baltymus fosforilinimo būdu (tai yra, pridedant fosfatų grupę). Turinys ... ... Vikipedija

Baltymų kinazė A yra baltymų kinazė, kurios aktyvumas priklauso nuo cAMP lygio ląstelėje. Baltymų kinazė A aktyvina ir inaktyvuoja fermentus ir kitus baltymus fosforilinimo būdu (tai yra, pridedant fosfatų grupę). Turinys 1 ... ... Vikipedija