Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Домен белка, проходящего через мембрану.
Membrane spanning protein domain
Трансмембранный домен (ТМД) – это домен белка, проходящий через мембрану. ТМД могут состоять из одной или нескольких альфа-спиралей или трансмембранного бета-барреля. Поскольку внутренняя часть липидного бислоя гидрофобна, аминокислотные остатки в ТМД часто также гидрофобны, хотя белки, такие как мембранные насосы и ионные каналы, могут содержать полярные остатки. ТМД значительно различаются по размеру и гидрофобности и могут приобретать свойства, специфичные для органелл.
A transmembrane domain (TMD) is a membrane spanning protein domain. TMDs may consist of one or several alpha helices or a transmembrane beta barrel. Because the interior of the lipid bilayer is hydrophobic, the amino acid residues in TMDs are often hydrophobic, although proteins such as membrane pumps and ion channels can contain polar residues. TMDs vary greatly in size and hydrophobicity; they may adopt organelle specific properties.
Функции трансмембранных доменов
Трансмембранные домены, как известно, выполняют разнообразные функции. К ним относятся:
Transmembrane domains are known to perform a variety of functions. These include:
Якорение трансмембранных белков в мембране. Облегчение молекулярного транспорта молекул, таких как ионы и белки, через биологические мембраны; обычно в этом процессе помогают гидрофильные остатки и сайты связывания в ТМД. Передача сигналов через мембрану; многие трансмембранные белки, такие как рецепторы, связанные с G-белком, принимают внеклеточные сигналы. ТМД затем распространяют эти сигналы через мембрану, чтобы индуцировать внутриклеточный эффект. Участие в слиянии везикул; функция ТМД изучена недостаточно, но было показано, что они критически важны для реакции слияния, возможно, из-за влияния ТМД на натяжение липидного бислоя. Посредничество в транспорте и сортировке трансмембранных белков; было показано, что ТМД работают совместно с цитозольными сигналами сортировки, при этом длина и гидрофобность являются основными определяющими факторами сортировки ТМД. Более длинные и гидрофобные ТМД способствуют сортировке белков к клеточной мембране, в то время как более короткие и менее гидрофобные ТМД используются для удержания белков в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи. Точный механизм этого процесса остается неизвестным.
Anchoring transmembrane proteins to the membrane. Facilitating molecular transport of molecules such as ions and proteins across biological membranes; usually hydrophilic residues and binding sites in the TMDs help in this process. Signal transduction across the membrane; many transmembrane proteins, such as G protein coupled receptors, receive extracellular signals. TMDs then propagate those signals across the membrane to induce an intracellular effect. Assisting in vesicle fusion; the function of TMDs is not well understood, but they have been shown to be critical for the fusion reaction, possibly as a result of TMDs affecting the tension of the lipid bilayer. Mediating transport and sorting of transmembrane proteins; TMDs have been shown to work in tandem with cytosolic sorting signals, with length and hydrophobicity being the main determinants in TDM sorting. Longer and more hydrophobic TMDs aid in sorting proteins to the cell membrane, whereas shorter and less hydrophobic TMDs are used to retain proteins in the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus. The exact mechanism of this process is still unknown.
Определение трансмембранных спиралей
Трансмембранные спирали видны в структурах мембранных белков, определенных с помощью рентгеноструктурного анализа. Их также можно предсказать на основе шкал гидрофобности. Поскольку внутренняя часть бислоя и внутренние области большинства белков с известной структурой гидрофобны, предполагается, что аминокислоты, пронизывающие мембрану, также должны быть гидрофобными. Однако мембранные насосы и ионные каналы также содержат множество заряженных и полярных остатков внутри обычно неполярных трансмембранных сегментов. Использование "анализа гидрофобности" для предсказания трансмембранных спиралей позволяет, в свою очередь, предсказать "трансмембранную топологию" белка, то есть определить, какие его части выступают внутрь клетки, какие – наружу, и сколько раз полипептидная цепь пересекает мембрану. Трансмембранные спирали также могут быть идентифицированы in silico с помощью биоинформатического инструмента TMHMM.
Transmembrane helices are visible in structures of membrane proteins determined by X ray diffraction. They may also be predicted on the basis of hydrophobicity scales. Because the interior of the bilayer and the interiors of most proteins of known structure are hydrophobic, it is presumed to be a requirement of the amino acids that span a membrane that they be hydrophobic as well. However, membrane pumps and ion channels also contain numerous charged and polar residues within the generally non polar transmembrane segments. Using "hydrophobicity analysis" to predict transmembrane helices enables a prediction in turn of the "transmembrane topology" of a protein; i. e. prediction of what parts of it protrude into the cell, what parts protrude out, and how many times the protein chain crosses the membrane. Transmembrane helices can also be identified in silico using the bioinformatic tool, TMHMM.
Роль биогенеза мембранных белков и факторы контроля качества
Поскольку трансляция белка происходит в цитозоле (водной среде), необходимы факторы, распознающие ТМД и защищающие их в этой неблагоприятной среде. Также требуются дополнительные факторы, обеспечивающие включение ТМД в целевую мембрану (то есть эндоплазматический ретикулум или другие органеллы). Эти факторы также обнаруживают неправильную укладку ТМД в мембране и выполняют функции контроля качества. Они должны быть способны распознавать широкий спектр ТМД и могут быть классифицированы как активные в цитозоле или активные в мембране.
Since protein translation occurs in the cytosol (an aqueous environment), factors that recognize the TMD and protect them in this hostile environment are required. Additional factors that allow the TMD to be incorporated into the target membrane (i. e. endoplasmic reticulum or other organelles) are also required. Factors also detect TMD misfolding within the membrane and perform quality control functions. These factors must be able to recognize a highly variable set of TMDs and can be segregated into those active in the cytosol or active in the membrane.