Proteína de membrana - Membrane protein
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:
- As proteínas receptoras de membrana transmitem sinais entre os ambientes interno e externo da célula .
- As proteínas de transporte movem moléculas e íons através da membrana. Eles podem ser categorizados de acordo com o banco de dados de Classificação do Transporter .
- As enzimas de membrana podem ter muitas atividades, como oxidorredutase, transferase ou hidrolase.
- As moléculas de adesão celular permitem que as células se identifiquem e interajam. Por exemplo, proteínas envolvidas na resposta imune
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
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 politópicas integrais são proteínas transmembrana que atravessam a membrana mais de uma vez. Essas proteínas podem ter diferentes topologias transmembrana . Essas proteínas têm uma de duas arquiteturas estruturais: feixe helicoidal, que estão presentes em todos os tipos de membranas biológicas ;
- Proteínas de barril beta , que são encontradas apenas nas membranas externas das bactérias Gram-negativas e nas membranas externas das mitocôndrias e cloroplastos .
Proteínas de membrana periférica
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
- Concha de lipídio anular
- Proteína transportadora
- Proteínas da membrana nuclear interna
- Canal iônico
- Bomba de íons (biologia)
- Lista de códigos MeSH (D12.776)
- Receptor (bioquímica)
- Proteínas transmembrana
Referências
links externos
Organizações
- Consórcio de Dinâmica Estrutural de Proteína de Membrana
- Especialistas em purificação de proteínas de membrana
Bancos de dados de proteínas de membrana
- TCDB - banco de dados de classificação de transportador, uma classificação abrangente de proteínas transportadoras transmembrana
- Banco de dados de Orientações de Proteínas em Membranas (OPM), estruturas 3D de proteínas de membrana integrantes e periféricas dispostas na bicamada lipídica
- Protein Data Bank of Transmembrane Proteins Modelos 3D de proteínas transmembrana dispostas aproximadamente na bicamada lipídica.
- TransportDB base de dados de transportadores Genomics-orientados a partir de TIGR
- Membrane PDB Database de estruturas 3D de proteínas integrais de membrana e peptídeos hidrofóbicos com ênfase nas condições de cristalização
- Banco de dados Mpstruc - uma lista com curadoria de proteínas transmembrana selecionadas do Protein Data Bank
- MemProtMD um banco de dados de estruturas de proteínas de membrana simuladas por dinâmica molecular de granulação grossa
- O banco de dados de membranome fornece informações sobre proteínas bitópicas de vários organismos modelo