transmembran reseptörleri. transmembran protein transmembran proteinlerin son ürünü

: özellikler ve yapısal ilkeler

1. Zar proteinlerinin yapısı

Lipitlerin membran bileşimindeki ana rolü, çift katmanlı yapıyı stabilize etmektir ve proteinler, biyomembranların aktif bileşenleridir. Zar proteinlerinin yapısal özelliklerini aydınlatmada yararlı olduğu kanıtlanmış bazı ilkeleri tartışacağız. Bu ilkeleri açıklayan örnekler vereceğiz.

Membranolojinin gelişiminin şafağında, zar proteinlerinin yapılarında oldukça homojen olduklarına ve çift tabakanın yüzeyinde 3 tabaka halinde istiflendiğine inanılıyordu. Bugün, en azından transmembran proteinlerde, zara batırılmış kısımlarının a-helisleri içerdiğine inanma eğiliminde olmaları daha olasıdır. Tabii ki, bununla ilgili bazı kesin sonuçlara varmayı çok isterim, ancak bunlar gerçek verilere dayanmalıdır. Çözünür proteinlerin muazzam yapısal çeşitliliği karşısında, integral zar proteinlerinin şu anda hayal ettiğimizden çok daha karmaşık olabileceği sonucuna varılır. Çözünür proteinlerin yapı tiplerine göre sınıflandırılması, ancak 100'den fazla farklı proteinin yapısı yüksek çözünürlükle oluşturulduktan sonra gerçekleştirildi. Transmembran proteinlere gelince, bu sadece bir durumda yapıldı - bakterilerin fotosentetik reaksiyon merkezinin proteini için. Bacteriorhodopsin'in yapısına ilişkin düşük çözünürlüklü elektron mikroskobu verileriyle birlikte, bu, diğer birçok transmembran protein için model oluşturmanın dayandırılabileceği tek kaynaktır.

Bir diğer önemli nokta da proteinlerin zara bağlanma yöntemleridir. Şematik olarak Şekil l'de gösterilmiştir. 3.1.

1. Çift katmana batırılmış proteinlere bağlanma. Örnekler arasında H+-ATPase'in zara gömülü Fo kısmına bağlanan Fi kısmı; bazı hücre iskeleti proteinlerinden de bahsedilebilir.

2. Çift katmanlı yüzeye bağlanma. Bu etkileşim esasen doğası gereği elektrostatik veya hidrofobiktir. Bazı zar proteinlerinin yüzeyinde, ikincil veya üçüncül yapının özelliklerinden dolayı oluşan hidrofobik alanlar vardır. Bu yüzey etkileşimleri, transmembran bağlama gibi diğer etkileşimlere ek olarak kullanılabilir.

3. Hidrofobik bir "çapa" ile bağlama; bu yapı genellikle polar olmayan amino asit kalıntılarının bir dizisi olarak gün ışığına çıkar. Bazı membran proteinleri, kovalent olarak bağlı yağ asitlerini veya fosfolipidleri ankor olarak kullanır.

4. Transmembran proteinler. Bazıları zarı yalnızca bir kez, diğerleri - birkaç kez geçer.

Dış ve iç zar proteinleri arasındaki farklar, bunların çift tabakaya bağlanma şeklini açık bir şekilde belirtmez; bu farklılıklar, yalnızca bağlanmalarının göreli gücünü belirler.

2. Zar proteinlerinin saflaştırılması

İntegral zar proteinlerini saflaştırmak ve biyokimyasal olarak aktif bir formda elde etmek için, proteinleri çözündürmek ve çözelti içinde tutmak için deterjanlara ihtiyaç vardır. Deterjan gereklilikleri ve kullanımı, protein saflaştırmasında yaygın olarak karşılaşılanların ötesinde ek zorluklar ortaya çıkarır. Entegre zar proteinlerinin izolasyonu için birçok özel yöntem geliştirilmiştir, ancak çoğu saflaştırma şeması, çözünür proteinler için kullanılan aynı kromatografik ve hidrodinamik tekniklere dayanmaktadır. Bunlar DEAE-selüloz, sefaroz veya hidroksilapatit üzerinde kromatografi, jel filtrasyonu, sükroz yoğunluk gradyanında santrifüjleme vb. belirli bir protein ve bir proteinin çözelti içindeki stabilitesini belirler. Derlemede deterjanların etki mekanizmaları ele alınmıştır.

2.1. DETERJANLAR

Son yirmi yılda, bütünleşik zar proteinlerinin saflaştırılması için uygun pek çok deterjan ortaya çıkmıştır. Prensip olarak, zar proteinlerinin ikincil ve üçüncül yapılarını bozmayacak, ancak protein molekülünün hidrofobik bölgeleriyle temas halindeki zar lipitlerinin yalnızca çoğunu veya tamamını değiştirecek bir deterjan bulmaya çalışılmalıdır. Çözündürmenin nihai amacı, proteinin deterjan miseline dahil edilmesidir; sonraki bir saflaştırma stratejisi, bu tür protein-deterjan komplekslerini ayırmaktır.

İlk problem, incelenen protein için optimal çözünme koşullarının seçimidir. Proteinleri denatüre eden deterjanlar bu kadar hassas bir görev için uygun değildir. Öte yandan, birçok deterjan, zarları yok edecek ve protein içeren karışık miseller oluşturacak kadar etkili değildir. Bu tür deterjanlar, membran lipitleri ile etkili bir şekilde karışmak için ve yeterince yüksek konsantrasyonlarda çift tabakayı küresel karışık misellere dönüştürmek için çok hidrofobik veya çok hidrofilik olabilir. İlk başta, gerekli deterjan seçiminin hidrofilik-lipofilik denge adı verilen tek bir parametre kullanılarak sistematikleştirilebileceği umuluyordu. 1 ila 20 arasında değişen bu parametre, yüzey aktif maddelerin üretiminde nispi hidrofobikliğin bir ölçüsü olarak kullanılır. Aslında, bir deterjanın HLB değerinin biyolojik sistemlerdeki davranışını tahmin etmek için kullanılabileceğini takip eden bazı korelasyonlar elde edilmiştir. Genel olarak konuşursak, HLB değeri 12,5 ila 14,5 aralığında olan deterjanların, integral zar proteinleri için en etkili çözücüler olduğu söylenebilir. Bununla birlikte, daha sonra, belirli bir zar proteini için en uygun deterjan arayışının birçok faktörü hesaba katmayı gerektirdiği ve her zaman ampirik doğrulamanın eşlik etmesi gerektiği ortaya çıktı. Aşağıdakiler dikkate alınmalıdır.

1. Çalışılan proteinin maksimum çözünürlüğü. Kriter, zarın çökeltildiği santrifüjlemeden sonra proteinin süpernatana geçişidir.

2. Proteinin istenen formda çözünmesi. Genellikle enzimatik aktivitesinin korunmasından bahsediyoruz, ancak bazen belirli spektral özellikler veya belirli protein ortaklarının varlığı kullanılır. Ek olarak, gerekli bir koşul, çözünme sonrasında proteinin stabilitesidir. Bazı durumlarda, biyokimyasal aktiviteyi sürdürmek için deterjanla birlikte eksojen fosfolipidler eklenir. Bir örnek, E. coli laktoz permeaz ve sodyum kanal proteininin üretimidir. Çözündürmeden sonra proteini stabilize etmek için bazen gliserol veya başka bir poliol eklenir. Ayrıca proteaz inhibitörlerini kullanmak ve çözündürmeyi proteolitik bölünme olasılığını en aza indiren koşullar altında gerçekleştirmek mantıklıdır.

3. Bu teknikte deterjan kullanma imkanı. Her şeyden önce, deterjanın yükünü, belirli bir pH değerindeki davranışını, CMC'yi ve deterjan misellerinin boyutunu hesaba katmak gerekir. Son özellikler özellikle önemlidir. Büyük miseller oluşturan düşük CMC'ye sahip deterjanlar, çok düşük deterjan monomer konsantrasyonu nedeniyle diyaliz veya ultrafiltrasyon ile giderilmez. Pratik bir bakış açısından, bu, eğer protein ultrafiltrasyon yoluyla konsantre edilirse, düşük CMC'li deterjanın konsantrasyonunun da artacağı ve bunun protein denatürasyonuna yol açabileceği anlamına gelir. Bu nedenle birçok araştırmacı, oktilglukozit, safra tuzları veya daha yeni zwitteriyonik deterjanlar gibi yüksek CMC'li deterjanları kullanmayı tercih ediyor. Biobids SM-2 gibi polistiren reçineler çok değerlidir. Triton X-100 gibi deterjanlara seçici olarak bağlanır, onları solüsyondan çıkarır ve diyalizden tamamen vazgeçmeyi mümkün kılar. Dikkate alınması gereken bir diğer faktör, ışığın deterjan tarafından emilmesidir. Triton X-100 gibi bazı deterjanlar yakın UV bölgesini emerek, 280 nm dalga boyunda optik yoğunluğu ölçerek protein konsantrasyonunun belirlenmesini imkansız hale getirir.

Tüm bu faktörler göz önüne alındığında, birçok durumda entegre zar proteinlerinin izolasyonunun neden farklı deterjanların kullanılmasını gerektirdiği açık hale gelir. Örneğin, Triton X-100 çözündürme için kullanılabilir ve DEAE-selüloz ile ayırma en iyi şekilde oktilglikozidin mevcudiyetinde yapılır. Deterjanlar, kromatografi adımı sırasında, yoğunluk gradyanlı santrifüjleme sırasında ve bazı durumlarda diyaliz ile değiştirilebilir. Belirli bir proteini çözmek için uygun olmayan bir deterjanın, deterjan değişiminden sonra proteini çözelti içinde tutmada çok etkili olabileceği unutulmamalıdır. Temizleme hemen hemen her zaman çözeltide fazla miktarda deterjanla yapılmalıdır, aksi takdirde denge, protein-deterjan komplekslerinin oluşumuna değil, zar proteinlerinin toplanmasına doğru kaydırılacaktır. Bazı durumlarda, bu tür bir agregasyon istenebilir ve son saflaştırma adımı, deterjanın çıkarılması olabilir. Ancak kural olarak deterjan eksikliği ile geri dönüşü olmayan çökelme ve protein kaybı meydana gelir.

Deterjan konsantrasyonunu belirli bir seviyede tutma ihtiyacı, proteinlerin saflaştırılmasında genellikle karşılaşılanların ötesinde ilave zorluklar yaratır; bazılarından zaten bahsettik. Yüksek konsantrasyonda amonyum sülfatta standart tuzlama yöntemi kullanıldığında da sorunlar ortaya çıkar: birçok durumda protein, deterjan ve lipid ile kombinasyon halinde çökelir. Tuzlu su yüksek yoğunluğa sahip olduğundan ve agregadaki deterjan nispeten düşük olduğundan, santrifüjleme sırasında yüzeyde bir çökelti kalacaktır. Protein-deterjan komplekslerinin, genellikle önemli miktarda bağlı fosfolipit ile saflaştırmaya tabi tutulduğunu hatırlamak önemlidir. Bu, kromatografi sırasında ayırma kalitesini ve ayrıca nihai çözülebilir proteinlerin karakterizasyon sonuçlarını etkiler, polipeptit alt birimlerinin sayısını ve moleküler ağırlığını, bunların stokiyometrisini, boyutunu ve muhtemelen molekülün şeklini belirlemek gerekir. ve gerekirse biyokimyasal aktivite.

Membranların bileşimindeki lipitler, her şeyden önce yapısal özelliklere atanır - bunlar, zarın aktif bileşenlerinin - proteinlerin - yerleştirildiği bir çift tabaka veya matris oluştururlar. Çeşitli zarlara benzersizliklerini veren ve belirli özellikler sağlayan proteinlerdir. Çok sayıda zar proteini aşağıdaki ana işlevleri yerine getirir: maddelerin zarlar boyunca transferini belirler (taşıma işlevleri), kataliz gerçekleştirir, foto- ve oksidatif fosforilasyon işlemleri sağlar, DNA replikasyonu, proteinlerin translasyonu ve modifikasyonu, sinyal alımı ve iletimi. sinir impulsu vb.

Membran proteinlerini 2 gruba ayırmak gelenekseldir: integral(dahili) ve Çevresel(harici). Böyle bir ayırmanın kriteri, proteinin zara bağlanma kuvvetinin derecesi ve buna bağlı olarak proteini zardan çıkarmak için gereken işleme şiddetinin derecesidir. Böylece, zarlar, iki değerli katyonları bağlayan etilendiaminotetraasetat (EDTA) gibi kenetleme maddelerinin varlığında düşük iyonik kuvvete, düşük pH değerlerine sahip tampon karışımları ile yıkandığında, periferik proteinler çözeltiye salınabilir. Periferik proteinler, lipid başları veya diğer zar proteinleri ile zayıf elektrostatik etkileşimler veya lipid kuyrukları ile hidrofobik etkileşimler yoluyla ilişkili olduklarından, bu tür yumuşak koşullar altında zarlardan salınır. Aksine, integral proteinler amfifilik moleküllerdir, yüzeylerinde büyük hidrofobik bölgelere sahiptir ve zarın içinde bulunurlar, bu nedenle onları çıkarmak için çift tabakayı yok etmek gerekir. Bu amaçlar için, çoğunlukla deterjanlar veya organik çözücüler kullanılır. Proteinleri zara bağlamanın yolları oldukça çeşitlidir (Şekil 4.8).

Taşıma proteinleri. Lipit çift tabakası, suda çözünen çoğu molekül ve iyon için aşılmaz bir bariyerdir ve bunların biyomembranlar yoluyla taşınması, taşıma proteinlerinin aktivitesine bağlıdır. Bu proteinlerin iki ana türü vardır: kanallar(gözenekler) ve taşıyıcılar. Kanallar, taşınan maddelerin bağlanma yerlerinin zarın her iki yüzeyinde aynı anda bulunduğu zar geçiş tünelleridir. Kanallar, maddelerin taşınması sırasında herhangi bir konformasyonel değişikliğe uğramazlar, konformasyonları sadece açılıp kapanırken değişir. Taşıyıcılar, aksine, maddelerin zar boyunca transferi sırasında konformasyonlarını değiştirirler. Ayrıca, zamanın her belirli noktasında, aktarılan maddenin taşıyıcıya bağlanma yeri, zarın yalnızca bir yüzeyinde mevcuttur.

Kanallar sırayla iki ana gruba ayrılabilir: voltaja bağlı ve kimyasal olarak düzenlenmiş. Voltaja bağlı bir kanal örneği, Na + kanalıdır, çalışması elektrik alan voltajındaki bir değişiklikle düzenlenir. Başka bir deyişle, bu kanallar bir değişikliğe tepki olarak açılır ve kapanır. transmembran potansiyeli. Kimyasal olarak düzenlenmiş kanallar

belirli kimyasal ajanların bağlanmasına yanıt olarak açılır ve kapanır. Örneğin, bir nörotransmitter nikotinik asetilkolin reseptörüne bağlandığında, açık bir konformasyona dönüşür ve tek değerlikli katyonların geçmesine izin verir (bu bölümün alt bölümü 4.7). "Gözenek" ve "kanal" terimleri genellikle birbirinin yerine kullanılabilir, ancak bazen maddeleri esas olarak boyuta göre ayıran ve yeterince küçük moleküllerin geçmesine izin veren seçici olmayan yapılar olarak anlaşılırlar. Kanallara genellikle iyon kanalları denir. Açık bir kanaldan taşıma hızı saniyede 10 6 - 10 8 iyona ulaşır.

Taşıyıcılar da pasif ve aktif olmak üzere 2 gruba ayrılabilir. Pasif taşıyıcıların yardımıyla, zar boyunca bir tür madde taşınır. Pasif taşıyıcılar devreye giriyor Kolaylaştırılmış difüzyon ve sadece elektrokimyasal gradyan boyunca gerçekleştirilen maddenin akışını arttırır (örneğin, eritrositlerin zarlarından glikoz transferi). Aktif taşıyıcılar, maddeleri zar boyunca enerji pahasına taşır. Bu taşıma proteinleri, maddeleri elektrokimyasal gradyana karşı taşıyarak zarın bir tarafında biriktirirler. Taşıyıcıların yardımıyla taşıma hızı, büyük ölçüde türlerine bağlıdır ve 30 ila 10 5 s-1 arasında değişir. Genellikle, "geçirgenlik", "translokaz" terimleri, "taşıyıcı" terimi ile eşanlamlı olarak kabul edilebilecek bireysel taşıyıcılara atıfta bulunmak için kullanılır.

Membran proteinlerinin enzimatik fonksiyonları. Hücre zarlarında çok çeşitli enzimler işlev görür. Bazıları zarda lokalizedir, orada hidrofobik bileşiklerin dönüşümü için uygun bir ortam bulur, diğerleri zarların katılımı nedeniyle içlerinde kesin bir düzende bulunur, hayati süreçlerin birbirini izleyen aşamalarını katalize eder ve diğerleri yardıma ihtiyaç duyar. lipitlerin konformasyonlarını stabilize etme ve aktivitelerini sürdürme. Bilinen tüm sınıfların temsilcileri olan biyomembranlarda enzimler bulundu. Membrandan geçebilirler, içinde çözünmüş formda bulunabilirler veya periferik proteinler olarak, bazı sinyallere yanıt olarak membran yüzeylerine bağlanabilirler. Aşağıdaki karakteristik membran enzim tipleri ayırt edilebilir:

1) zarın zıt taraflarında birleşik reaksiyonları katalize eden transmembran enzimler. Bu enzimler, kural olarak, zarın zıt taraflarında yer alan birkaç aktif merkeze sahiptir. Bu tür enzimlerin tipik temsilcileri, elektron taşınması ve zar üzerinde iyonik gradyanların yaratılması ile bağlantılı redoks işlemlerini katalize eden solunum zinciri bileşenleri veya fotosentetik redoks merkezleridir;

2) maddelerin taşınmasında yer alan transmembran enzimler. Örneğin, bir maddenin transferini ATP hidrolizi ile birleştiren taşıma proteinlerinin katalitik bir işlevi vardır;

3) zara bağlı substratların dönüşümünü katalize eden enzimler. Bu enzimler, zar bileşenlerinin metabolizmasında yer alır: fosfolipidler, glikolipidler, steroidler, vb.

4) suda çözünür substratların dönüşümünde yer alan enzimler. Çoğu zaman onlara bağlı durumda olan zarların yardımıyla, enzimler, substratlarının içeriğinin en yüksek olduğu zar alanlarında konsantre olabilir. Örneğin, proteinleri ve nişastayı hidrolize eden enzimler, bu substratların bozunma oranını artıran bağırsak mikrovilluslarının zarlarına bağlanır.

Hücre iskeletinin proteinleri . Hücre iskeleti, çeşitli türlerde protein liflerinden oluşan karmaşık bir ağdır ve yalnızca ökaryotik hücrelerde bulunur. Hücre iskeleti, plazma zarı için mekanik destek sağlar, hücrenin şeklini, ayrıca organellerin yerini ve mitoz sırasındaki hareketlerini belirleyebilir. Hücre iskeletinin katılımıyla hücre için endo ve ekzositoz, fagositoz ve amip hareketi gibi önemli işlemler de gerçekleştirilir. Böylece, hücre iskeleti hücrenin dinamik çerçevesidir ve mekaniğini belirler.

Hücre iskeleti üç tip liften oluşur:

1) mikrofilamentler(çap ~ 6 nm). Bunlar ipliksi organellerdir - küresel protein aktinin polimerleri ve onunla ilişkili diğer proteinler;

2) ara filamentler (çap 8-10 nm). Keratinler ve ilgili proteinlerden oluşan;

3) mikrotübüller(çap ~ 23 nm) - uzun boru şeklindeki yapılar.

Alt birimleri içi boş bir silindir oluşturan küresel protein tübülinden oluşurlar. Mikrotübüllerin uzunluğu, hücrelerin sitoplazmasında birkaç mikrometreye ve sinirlerin aksonlarında birkaç milimetreye ulaşabilir.

Hücre iskeletinin bu yapıları, hücreye farklı yönlerde nüfuz eder ve zarla yakından ilişkilidir ve ona bazı noktalarda bağlanır. Membranın bu bölümleri hücreler arası temaslarda önemli bir rol oynar; onların yardımıyla hücreler substrata bağlanabilir. Ayrıca, zarlardaki lipitlerin ve proteinlerin transmembran dağılımında da önemli bir rol oynarlar.

Membran Lipidlerinin Kutup Başlarıyla İlişkili Proteinler

İntegral membran proteinleri ile kompleksler oluşturan proteinler

Yüzey proteinleri

Yüzey proteinleri, çoğu zaman, lipit tabakasının bütünleyici proteinleri veya yüzey bölgeleri ile etkileşime girerek zara bağlanır.

Nişasta ve proteinlerin hidrolizinde yer alan bir dizi sindirim enzimi, bağırsak mikrovillus zarlarının bütünleyici proteinlerine bağlanır.

Bu tür komplekslerin örnekleri sükraz-izomaltaz ve maltaz-glikoamilazdır. Bu sindirim enzimlerinin zarla birleşmesi, substratların yüksek oranda hidrolize edilmesini ve hidroliz ürünlerinin hücre tarafından asimile edilmesini mümkün kılar.

Bir protein molekülünün polar veya yüklü alanları, lipitlerin polar "başları" ile etkileşerek iyonik ve hidrojen bağları oluşturabilir. Ayrıca sitozolde çözünen birçok protein, belirli koşullar altında kısa süreliğine membran yüzeyine bağlanabilir. Bazen protein bağlanması, enzimatik aktivitenin tezahürü için gerekli bir koşuldur. Bu tür proteinler, örneğin, protein kinaz C'yi, kan pıhtılaşma faktörlerini içerir.

Membran "ankraj" ile ankraj

Bir "çapa", proteinin hidrofobik radikallere sahip amino asitlerden oluşturulan polar olmayan bir alanı olabilir. Böyle bir proteinin bir örneği, ER zarının sitokrom b5'idir. Bu protein, bir elektron taşıyıcısı olarak redoks reaksiyonlarında yer alır.

Membranın "çapa" rolü, proteine (miristik - C 14 veya palmitik - C 16) kovalent olarak bağlı bir yağ asidi kalıntısı tarafından da gerçekleştirilebilir. Yağ asitleri ile ilişkili proteinler, esas olarak plazma zarının iç yüzeyinde lokalizedir. Miristik asit, bir amid bağı oluşturmak için N-terminal glisine eklenir. Palmitik asit, sistein ile bir tioeter bağı veya serin ve treonin kalıntıları ile bir ester bağı oluşturur.

Küçük bir protein grubu, proteinin C terminaline kovalent olarak bağlı bir fosfatidilinositolglikan kullanarak hücrenin dış yüzeyi ile etkileşime girebilir. Bu "çapa" genellikle protein ve zar arasındaki tek bağlantıdır, bu nedenle fosfolipaz C'nin etkisi altında bu protein zardan ayrılır.

Transmembran proteinlerin bazıları zara bir kez nüfuz eder (glikoforin), diğerleri iki tabakayı art arda geçen birkaç bölüme (alanlara) sahiptir.

1 ila 12 transmembran alanı içeren bütünleşik zar proteinleri. 1- LDL reseptörü; 2 - GLUT-1 - glikoz taşıyıcı; 3 - insülin reseptörü; 4 - adrenoreseptör.

İki tabakayı kapsayan transmembran alanları, bir a-sarmal konformasyonuna sahiptir. Polar amino asit kalıntıları globül içinde yüzleşirken, polar olmayanlar zar lipitleri ile temas eder. Bu tür proteinler, hidrofobik amino asit kalıntılarının çoğunun içinde gizlendiği ve hidrofilik olanların yüzeyde bulunduğu suda çözünür proteinlere kıyasla "ters" olarak adlandırılır.

biyolojik zarlar hücrenin ve hücre dışı boşluğun sınırında ve ayrıca hücrenin zar organellerinin (mitokondri, endoplazmik retikulum, Golgi kompleksi, lizozomlar, peroksizomlar, çekirdek, zar kesecikleri) ve sitozolün sınırında yer alır. hem bir bütün olarak hücrenin hem de organellerinin işleyişi. Hücre zarları temelde benzer bir moleküler organizasyona sahiptir. Bu bölümde, biyolojik zarlar esas olarak hücreyi hücre dışı ortamdan ayıran plazma zarı (plazmolemma) örneğinde ele alınmaktadır.

Herhangi biyolojik zar(Şekil 2–1) şunlardan oluşur: fosfolipidler(~%50) ve proteinler (%40'a kadar). Daha küçük miktarlarda, zar diğer lipitleri, kolesterolü ve karbonhidratları içerir.

Pirinç. 2–1. çift katmandan oluşur fosfolipidler hidrofilik kısımları (kafaları) membran yüzeyine, hidrofobik kısımları (zarı çift tabaka halinde stabilize eden kuyrukları) ise membran içindedir. ben - integral proteinler membrana gömülüdür. T - transmembran proteinleri zarın tüm kalınlığına nüfuz eder. P - periferik proteinler zarın dış veya iç yüzeyinde bulunur.

fosfolipidler. Fosfolipid molekülü, bir polar (hidrofilik) kısım (baş) ve bir apolar (hidrofobik) çift hidrokarbon kuyruğundan oluşur. Sulu fazda, fosfolipid molekülleri otomatik olarak kuyruktan kuyruğa toplanır ve çift katman (çift katman) biçiminde biyolojik bir zarın çerçevesini oluşturur (Şekil 2–1 ve 2–2). Böylece zarda fosfolipidlerin (yağ asitleri) kuyrukları çift tabakanın içine, fosfat gruplarını içeren başları ise dışa dönüktür.

Arakidonik asit. Membran fosfolipidlerinden araşidonik asit salınır - bir Pg öncüsü, tromboksanlar, lökotrienler ve birçok işlevi olan (enflamatuar aracılar, vazoaktif faktörler, ikinci aracılar, vb.) bir dizi diğer biyolojik olarak aktif maddeler.

lipozomlar- 25 nm ila 1 μm çapındaki fosfolipidlerden yapay olarak hazırlanan zar kesecikleri. lipozomlar biyolojik zarların modelleri olarak ve ayrıca hücreye çeşitli maddelerin (örneğin, genler, ilaçlar) sokulması için kullanılır; ikinci durum, zar yapılarının (lipozomlar dahil) kolayca kaynaştığı (fosfolipid çift tabakası nedeniyle) gerçeğine dayanır.

sincaplar biyolojik zarlar integral (transmembran dahil) ve periferik (Şekil 2-1 ve 2-2) olarak ayrılır.

İntegral zar proteinleri (küresel) lipit çift tabakasına gömülüdür. Hidrofilik amino asitleri, fosfolipidlerin fosfat gruplarıyla etkileşime girerken, hidrofobik amino asitleri, yağ asidi zincirleri ile etkileşime girer. İntegral membran proteinleri, yapışma proteinlerini, bazı reseptör proteinlerini (membran reseptörleri) içerir.

transmembran proteini - zarın tüm kalınlığı boyunca geçen ve ondan hem dış hem de iç yüzeyde çıkıntı yapan bir protein molekülü. Transmembran proteinler, gözenekleri, iyon kanallarını, taşıyıcıları, pompaları ve bazı reseptör proteinlerini içerir.

Gözenekler ve kanallar- su, iyonlar ve metabolit moleküllerinin sitozol ile hücreler arası boşluk arasında (ve ters yönde) hareket ettiği transmembran yollar.

taşıyıcılar belirli moleküllerin transmembran hareketini gerçekleştirmek (iyonların veya başka tipteki moleküllerin transferi ile kombinasyon dahil).

Pompalar ATP hidrolizi sırasında salınan enerjiyi kullanarak iyonları konsantrasyonlarına ve enerji gradyanlarına (elektrokimyasal gradyan) karşı hareket ettirin.

Periferik zar proteinleri (fibriler ve küresel), hücre zarının (dış veya iç) yüzeylerinden birinde bulunur ve integral zar proteinleri ile kovalent olmayan bir şekilde ilişkilidir.

Membranın dış yüzeyi ile ilişkili periferik zar proteinlerinin örnekleri - alıcı proteinler Ve yapışma proteinleri.

Membranın iç yüzeyi ile ilişkili periferik zar proteinlerinin örnekleri şunlardır: hücre iskeleti proteinleri, ikinci haberci sistem proteinleri, enzimler ve diğer proteinler.

yanal hareketlilik.İntegral proteinler, periferik proteinler, hücre iskeletinin elemanları, komşu hücrelerin zarındaki moleküller ve hücre dışı matrisin bileşenleri ile etkileşimin bir sonucu olarak zarda yeniden dağıtılabilir.

karbonhidratlar(esas olarak oligosakkaritler), zarın kütlesinin %2-10'unu oluşturan glikoproteinlerin ve glikolipidlerin bir parçasıdır (Şekil 2-2). Lektinler, hücre yüzeyi karbonhidratları ile etkileşime girer. Oligosakkarit zincirleri, hücre zarlarının dış yüzeyinde çıkıntı yapar ve bir yüzey kabuğu oluşturur - glikokaliks.

Glikokaliks yaklaşık 50 nm kalınlığa sahiptir ve plazma zarının glikoproteinleri ve glikolipidleri ile kovalent olarak ilişkili oligosakkaritlerden oluşur. Glikokaliksin işlevleri: hücreler arası tanıma, hücreler arası etkileşimler, parietal sindirim (bağırsak epitelinin sınır hücrelerinin mikrovilluslarını kaplayan glikokaliks, proteinlerin ve karbonhidratların parçalanmasını tamamlayan peptidazlar ve glikosidazlar içerir).

membran geçirgenliği

Membran çift tabakası iki sulu fazı ayırır. Böylece, plazma zarı, hücreler arası (interstisyel) sıvıyı sitozolden ayırır ve lizozomların, peroksizomların, mitokondrilerin ve diğer zar hücre içi organellerin zarları, içeriklerini sitozolden ayırır. Biyolojik zar - yarı geçirgen bariyer.

yarı geçirgen zar. Biyolojik zar yarı geçirgen olarak tanımlanır, yani. su geçirmez, ancak içinde çözünmüş maddelere (iyonlar ve moleküller) karşı geçirgen bir bariyer.

Yarı geçirgen doku yapıları. Yarı geçirgen doku yapıları ayrıca kan kılcal damarlarının duvarını ve çeşitli engelleri (örneğin, renal korpüsküllerin filtrasyon bariyeri, akciğerin solunum bölümünün hava-kan bariyeri, kan-beyin bariyeri ve diğerleri) içerir. bu tür bariyerler - biyolojik zarlara (plazmolemma) ek olarak - zar dışı bileşenleri de içermesine rağmen, bu tür doku yapılarının geçirgenliği bu bölümde ele alınmıştır. "Hücre Ötesi Geçirgenlik" Bölüm 4 .

Hücreler arası sıvının ve sitozolün fizikokimyasal parametreleri önemli ölçüde farklıdır (bkz. Tablo 2-1) ve her hücre içi organoid ve sitozol zarının parametreleri de farklıdır. Biyolojik bir zarın dış ve iç yüzeyleri polar ve hidrofiliktir, ancak zarın polar olmayan çekirdeği hidrofobiktir. Bu nedenle, polar olmayan maddeler lipit çift tabakasına nüfuz edebilir. Aynı zamanda, polar maddelerin zardan doğrudan nüfuz etmesinin temel imkansızlığını belirleyen, biyolojik bir zarın çekirdeğinin hidrofobik doğasıdır.

polar olmayan maddeler(örneğin, suda çözünmeyen kolesterol ve türevleri) biyolojik zarlara serbestçe nüfuz eder. Özellikle steroid hormon reseptörlerinin hücre içinde bulunması bu nedenledir.

polar maddeler(örneğin, Na+, K+ C1-, Ca2+ iyonları; çeşitli küçük fakat polar metabolitler, ayrıca şekerler, nükleotidler, protein ve nükleik asit makromolekülleri) biyolojik zarlardan kendiliğinden geçmezler. Bu nedenle polar moleküllerin reseptörleri (örneğin peptit hormonları) plazma zarına yerleştirilmiştir ve hormonal sinyalin diğer hücre bölmelerine iletimi ikinci haberciler tarafından gerçekleştirilir.

Seçici geçirgenlik- belirli kimyasallara göre biyolojik zarın geçirgenliği) - hücresel homeostazın sürdürülmesi için önemlidir. iyonların, suyun, metabolitlerin ve makromoleküllerin hücresindeki optimum içerik. Spesifik maddelerin biyolojik bir zardan geçişine transmembran taşıma (transmembran taşıma) denir.

hücreler. Bir sinyal molekülüne (hormon veya mediatör) bağlanma, zarın bir tarafında gerçekleşir ve hücresel yanıt, zarın diğer tarafında oluşur. Böylece, hücreden hücreye iletişimde ve sinyal iletiminde benzersiz ve önemli bir rol oynarlar.

Birçok transmembran reseptörü, kombinasyon halinde hareket eden ve bir liganda bağlandıktan sonra ayrışabilen veya konformasyonlarını değiştirebilen ve aktivasyon döngüsünün bir sonraki aşamasına geçebilen iki veya daha fazla alt birimden oluşur. Genellikle moleküler yapılarına göre sınıflandırılırlar. Bu reseptörlerin en basitinin polipeptit zincirleri lipid çift katmanını yalnızca bir kez geçerken birçoğu lipid çift katmanını yedi kez geçer (örneğin, G-protein-bağlı reseptörler).

Yapı

Hücre dışı alan

Hücre dışı alan, reseptörün hücre veya organoid dışında bulunan bölgesidir. Reseptör polipeptit zinciri hücreyi birkaç kez geçerse, dış alan birkaç döngüden oluşabilir. Reseptörün ana işlevi hormonu tanımaktır (gerçi bazı reseptörler aynı zamanda membran potansiyelindeki değişikliklere de tepki verebilir) ve çoğu durumda hormon bu alana bağlanır.

transmembran alanı

Bazı reseptörler aynı zamanda protein kanallarıdır. Transmembran alanı esas olarak transmembran α-helislerden oluşur. Nikotinik asetilkolin reseptörü gibi bazı reseptörlerde, transmembran alan bir membran gözenek veya iyon kanalı oluşturur. Hücre dışı alanın aktivasyonundan sonra (hormon bağlanması), kanal iyonları geçirebilir. Diğer reseptörlerde, hormonun bağlanmasından sonra, zar-ötesi alan, hücre içi bir etkiye sahip olan konformasyonunu değiştirir.

hücre içi alan

Hücre içi veya sitoplazmik alan, alınan sinyali ileterek hücrenin veya organoidin içi ile etkileşime girer. Bu tür bir etkileşimin temelde farklı iki yolu vardır:

Hücre içi alan, sinyali sinyal zinciri boyunca hedefine ileten efektör sinyal proteinlerine bağlanır.
Reseptör bir enzimle ilişkiliyse veya kendisi enzimatik aktiviteye sahipse, hücre içi alan enzimi aktive eder (veya bir enzimatik reaksiyon gerçekleştirir).

sınıflandırma

Transmembran reseptörlerinin çoğu, sinyal iletiminin ana mekanizması ile ayırt edilen üç sınıftan birine aittir. İyonotropik ve metabotropik transmembran reseptörlerini sınıflandırın. İyonotropik reseptörler veya iyon kanallarına bağlı reseptörler, örneğin, nöronlar ve elektrik sinyallerini algılayabilen diğer hedef hücreler arasında sinaptik sinyallerin hızlı iletiminde yer alır.

Metabotropik reseptörler kimyasal sinyalleri iletir. İki geniş sınıfa ayrılırlar: G proteinine bağlı reseptörler ve enzime bağlı reseptörler.

G-proteinine bağlı reseptörler aynı zamanda 7TM reseptörleri olarak da adlandırılır (yedi zar-ötesi alan reseptörleri, yedi zar-ötesi alan içeren reseptörler). Ligand bağlanması için bir dış segmente, bir membran segmentine ve bir G proteinine bağlı sitozolik segmente sahip transmembran proteinlerdir. Alıcıların yapısının ve işlevlerinin benzerliğine bağlı olarak altı sınıfı, sırayla birçok aileye ayrılan A-F (veya 1-6) sınıflarını ayırt ederler. Bu sınıf, duyusal reseptörleri ve adrenoreseptörleri içerir.

GPCR'ler gibi, enzim-bağlı reseptörler, ligand bağlama alanının zarın dışında bulunduğu transmembran proteinlerdir. GPCR'lerden farklı olarak, sitosolik alanları bir G-proteinine bağlı değildir, ancak kendisi enzimatik aktiviteye sahiptir veya enzimi doğrudan bağlar. Genellikle, GPCR'lerde olduğu gibi yedi segment yerine, bu tür reseptörler sadece bir transmembran segmente sahiptir. Bu reseptörler, GPCR'ler ile aynı sinyal yollarını içerebilir. Bu sınıf, örneğin insülin reseptörünü içerir.

Enzime bağlı reseptörlerin altı ana sınıfı vardır:

Reseptör tirozin kinazlar - hem kendi hem de küçük bir hücre içi sinyal proteinleri seti için tirozin kalıntılarını doğrudan fosforile edebilir.
Tirozin kinaza bağlı reseptörlerin kendileri aktif enzimler değildir, ancak sinyal iletimi için doğrudan sitoplazmik tirozin kinazlara bağlanır.
Reseptör serin-treonin kinazlar - hem kendi hem de bağlandıkları gen düzenleme proteinleri için serin veya treonin kalıntılarını doğrudan fosforile edebilir.
Histidin kinaza bağlı reseptörler, kinazın kendi histidinini fosforile ettiği ve hemen fosfatı ikinci bir hücre içi sinyal proteinine aktardığı iki aşamalı bir sinyal yolunu aktive eder.
Reseptör guanilat siklazlar, cAMP'ye çok benzer mekanizmalarda küçük bir hücre içi haberci olarak işlev gören sitozolde cGMP moleküllerinin üretimini doğrudan katalize eder.
Reseptör benzeri tirozin fosfatazlar - hücre içi sinyal proteinlerinin tirozinlerinden fosfat gruplarını çıkarın. Reseptör benzeri olarak adlandırılırlar çünkü reseptör olarak etki mekanizmaları belirsizliğini koruyor.

Düzenleme

Hücrede transmembran reseptörlerin aktivitesini düzenlemenin birkaç yolu vardır, en önemli yollar reseptörlerin fosforilasyonu ve içselleştirilmesidir.

Ayrıca bakınız

notlar

Wikimedia Vakfı. 2010

Diğer sözlüklerde "Transmembran reseptörleri" nin ne olduğuna bakın:

Asetilkolin Kolinerjik reseptörleri (asetilkolin reseptörleri), ligandı asetilkolin olan transmembran reseptörleridir ... Wikipedia

Transmembran reseptörleri, yalnızca dış hücre zarında değil, aynı zamanda bölmelerin ve hücre organellerinin zarlarında da bulunan ve çalışan zar proteinleridir. Bir sinyal molekülüne (hormon veya aracı) bağlanma, bir ... ... Wikipedia - Neuropilin 1 Gösterim Sembolleri NRP1 Entrez Gen ... Wikipedia ile gerçekleşir

Bir duyusal rodopsin II kompleksi ve bir dönüştürücü proteinin dimeri. Duyusal rodopsin mavi ile gösterilmiştir. Membran düzleminde görüntüleyin. Rodopsi'ye dokunun ... Wikipedia

Aktif madde ›› Choriogonadotropin alfa * (Choriogonadotropin alfa *) Latince adı Ovitrelle ATX: ›› G03GA08 Choriogonadotropin alfa Farmakolojik grup: Hipotalamus hormonları, hipofiz bezi, gonadotropinler ve bunların antagonistleri ... ... Tıp Sözlüğü

Protein kinaz A, aktivitesi hücredeki cAMP düzeyine bağlı olan bir protein kinazdır. Protein kinaz A, fosforilasyonla (yani bir fosfat grubunun eklenmesiyle) enzimleri ve diğer proteinleri aktive eder ve inaktive eder. İçindekiler ... ... Vikipedi

Makaleyi beğendiniz mi? Paylaş

Makaleyi yazdır