Proteína de membrana - Membrane protein

Estrutura cristalina do canal de potássio Kv1.2 / 2.1 Chimera. Os limites de hidrocarbonetos calculados da bicamada lipídica são indicados por linhas vermelhas e azuis.

As proteínas da membrana são comuns proteínas que fazem parte de, ou interagem com, as membranas biológicas . As proteínas da membrana se enquadram em várias categorias amplas, dependendo de sua localização. As proteínas integrais da membrana são uma parte permanente da membrana celular e podem penetrar na membrana (transmembrana) ou se associar a um ou ao outro lado da membrana (monotópico integral). As proteínas da membrana periférica estão temporariamente associadas à membrana celular.

As proteínas de membrana são comuns e importantes do ponto de vista médico - cerca de um terço de todas as proteínas humanas são proteínas de membrana e são alvos de mais da metade de todos os medicamentos. No entanto, em comparação com outras classes de proteínas, determinar estruturas de proteínas de membrana permanece um desafio em grande parte devido à dificuldade em estabelecer condições experimentais que possam preservar a conformação correta da proteína isolada de seu ambiente nativo.

Função

As proteínas de membrana desempenham uma variedade de funções vitais para a sobrevivência dos organismos:

A localização de proteínas em membranas pode ser prevista com segurança usando análises de hidrofobicidade de sequências de proteínas, ou seja, a localização de sequências de aminoácidos hidrofóbicos.

Proteínas integrais de membrana

Representação esquemática das proteínas de transmembrana: 1. uma transmembrana único α-hélice ( proteína de membrana bitopic ) 2. um politópica transmembranar proteína α-helicoidal 3. um politópica transmembranar β-folha de proteína
A membrana é representado em castanho-claro.

As proteínas integrais da membrana estão permanentemente ligadas à membrana. Essas proteínas podem ser separadas das membranas biológicas apenas usando detergentes , solventes não polares ou, às vezes, agentes desnaturantes . Um exemplo desse tipo de proteína que ainda não foi funcionalmente caracterizado é o SMIM23 . Eles podem ser classificados de acordo com sua relação com a bicamada:

  • As proteínas bitópicas são proteínas transmembrana que atravessam a membrana apenas uma vez. As hélices transmembrana dessas proteínas têm distribuições de aminoácidos significativamente diferentes para as hélices transmembrana de proteínas politópicas.
  • Proteínas monotópicas integrais são proteínas de membrana integrantes que estão ligadas a apenas um lado da membrana e não se estendem por todo o caminho.
  • Proteínas de membrana periférica

    Representação esquemática dos diferentes tipos de interação entre as proteínas monotópicas da membrana e a membrana celular : 1. interação por uma hélice α anfipática paralela ao plano da membrana (hélice de membrana no plano) 2. interação por um loop hidrofóbico 3. interação por um Lípido de membrana ligado covalentemente ( lipidação ) 4. interações eletrostáticas ou iônicas com lipídeos de membrana ( por exemplo, através de um íon de cálcio)

    As proteínas da membrana periférica estão temporariamente ligadas à bicamada lipídica ou às proteínas integrais por uma combinação de interações hidrofóbicas , eletrostáticas e outras não covalentes. As proteínas periféricas se dissociam após o tratamento com um reagente polar, como uma solução com pH elevado ou altas concentrações de sal.

    Proteínas integrais e periféricas podem ser modificadas pós-tradução, com ácido graxo adicionado , diacilglicerol ou cadeias de prenil , ou GPI (glicosilfosfatidilinositol), que pode ser ancorado na bicamada lipídica.

    Toxinas polipeptídicas

    Toxinas polipeptídicas e muitos peptídeos antibacterianos , como colicinas ou hemolisinas , e certas proteínas envolvidas na apoptose , às vezes são considerados uma categoria separada. Essas proteínas são solúveis em água, mas podem se agregar e se associar irreversivelmente à bicamada lipídica e tornar-se reversível ou irreversivelmente associadas à membrana.

    Em genomas

    Proteínas de membrana, como proteínas globulares solúveis , proteínas fibrosas e proteínas desordenadas , são comuns. Estima-se que 20-30% de todos os genes na maioria dos genomas codificam para proteínas de membrana. Por exemplo, cerca de 1000 das ~ 4200 proteínas de E. coli são consideradas proteínas de membrana, 600 das quais foram experimentalmente verificadas como residentes na membrana. Em humanos, o pensamento atual sugere que 30% do genoma codifica proteínas de membrana.

    Na doença

    As proteínas da membrana são o alvo de mais de 50% de todos os medicamentos modernos . Entre as doenças humanas nas quais as proteínas de membrana estão implicadas estão as doenças cardíacas , o Alzheimer e a fibrose cística .

    Purificação de proteínas de membrana

    Embora as proteínas de membrana desempenhem um papel importante em todos os organismos, sua purificação tem historicamente, e continua a ser, um grande desafio para os cientistas de proteínas. Em 2008, 150 estruturas únicas de proteínas de membrana estavam disponíveis e, em 2019, apenas 50 proteínas de membrana humanas tiveram suas estruturas elucidadas. Em contraste, aproximadamente 25% de todas as proteínas são proteínas de membrana. Suas superfícies hidrofóbicas tornam a caracterização estrutural e especialmente funcional difícil. Os detergentes podem ser usados ​​para tornar as proteínas da membrana solúveis em água , mas também podem alterar a estrutura e a função das proteínas. Tornar as proteínas da membrana solúveis em água também pode ser alcançado por meio da engenharia da sequência da proteína, substituindo aminoácidos hidrofóbicos selecionados por outros hidrofílicos, tomando muito cuidado para manter a estrutura secundária ao revisar a carga geral.

    A cromatografia de afinidade é uma das melhores soluções para purificação de proteínas de membrana. A atividade das proteínas de membrana diminui muito rapidamente em contraste com outras proteínas. Portanto, a cromatografia de afinidade fornece uma purificação rápida e específica das proteínas da membrana. A tag de poli-histidina é uma tag comumente usada para purificação de proteínas de membrana, e a tag alternativa rho1D4 também foi usada com sucesso.

    Leitura adicional

    • Johnson JE, Cornell RB (1999). "Proteínas anfitrópicas: regulação por interações reversíveis de membrana (revisão)". Molecular Membrane Biology . 16 (3): 217–35. doi : 10.1080 / 096876899294544 . PMID  10503244 .
    • Alenghat FJ, Golan DE (2013). "Dinâmica da proteína da membrana e implicações funcionais em células de mamíferos" . Tópicos Atuais em Membranas . 72 : 89-120. doi : 10.1016 / b978-0-12-417027-8.00003-9 . ISBN 9780124170278. PMC  4193470 . PMID  24210428 .

    Veja também

    Referências

    links externos

    Organizações

    Bancos de dados de proteínas de membrana