Введение
Белки, которые являются частью или взаимодействуют с биологическими мембранами. Мембранные белки – это распространенные белки, являющиеся частью или взаимодействующие с биологическими мембранами. Мембранные белки делятся на несколько широких категорий в зависимости от их расположения. Интегральные мембранные белки являются постоянной частью клеточной мембраны и могут либо пронизывать мембрану (трансмембранные), либо ассоциироваться с одной из сторон мембраны (интегральные монотопные). Периферические мембранные белки временно связаны с клеточной мембраной. Мембранные белки широко распространены и имеют большое медицинское значение – около трети всех человеческих белков являются мембранными, и они служат мишенью для более чем половины всех лекарственных препаратов. Тем не менее, по сравнению с другими классами белков, определение структуры мембранных белков остается сложной задачей, во многом из-за трудностей в создании экспериментальных условий, позволяющих сохранить правильную (нативную) конформацию белка в изоляции от его естественной среды.
Membrane proteins are common proteins that are part of, or interact with, biological membranes. Membrane proteins fall into several broad categories depending on their location. Integral membrane proteins are a permanent part of a cell membrane and can either penetrate the membrane (transmembrane) or associate with one or the other side of a membrane (integral monotopic). Peripheral membrane proteins are transiently associated with the cell membrane. Membrane proteins are common, and medically important—about a third of all human proteins are membrane proteins, and these are targets for more than half of all drugs. Nonetheless, compared to other classes of proteins, determining membrane protein structures remains a challenge in large part due to the difficulty in establishing experimental conditions that can preserve the correct (native) conformation of the protein in isolation from its native environment.
Периферические мембранные белки
Периферические мембранные белки временно прикрепляются либо к липидному бислою, либо к интегральным белкам посредством комбинации гидрофобных, электростатических и других нековалентных взаимодействий. Периферические белки диссоциируют после обработки полярным реагентом, таким как раствор с повышенным pH или высокой концентрацией соли. Интегральные и периферические белки могут подвергаться посттрансляционным модификациям, включающим добавление жирных кислот, диацилглицерола или пренил-цепей, либо GPI (гликозилфосфатидилинозитола), которые могут быть закреплены в липидном бислое.
Полипептидные токсины
Полипептидные токсины и многие антибактериальные пептиды, такие как колицины или гемолизины, а также некоторые белки, участвующие в апоптозе, иногда выделяются в отдельную категорию. Эти белки растворимы в воде, но способны претерпевать значительные конформационные изменения, формировать олигомерные комплексы и необратимо или обратимо ассоциироваться с липидным бислоем.
В геномах
Мембранные белки, как и растворимые глобулярные белки, волокнистые белки и белки с нарушенной структурой, широко распространены. По оценкам, 20–30% всех генов в большинстве геномов кодируют мембранные белки. Например, из примерно 4200 белков E. coli около 1000 предположительно являются мембранными белками, и экспериментально подтверждено, что 600 из них локализуются в мембране. У человека современные представления указывают на то, что целых 30% генома кодируют мембранные белки.
При болезни
Мембранные белки являются мишенью для более чем 50% всех современных лекарственных препаратов. И к 2019 году структура только 50 человеческих мембранных белков была определена. Их гидрофобные поверхности затрудняют структурную и, особенно, функциональную характеристику. Для придания мембранным белкам водорастворимости можно использовать детергенты, однако они также могут изменять структуру и функцию белка. Альтернативный тег rho1D4 также успешно применялся.