Una proteína transmembrana ( TP ) es un tipo de proteína de membrana integral que se extiende por la totalidad de la membrana celular . Muchas proteínas transmembrana funcionan como puertas de entrada para permitir el transporte de sustancias específicas a través de la membrana. Con frecuencia sufren cambios conformacionales significativos para mover una sustancia a través de la membrana. Suelen ser muy hidrófobos y se agregan y precipitan en agua. Requieren detergentes o disolventes no polares para su extracción, aunque algunos de ellos ( barriles beta ) también pueden extraerse mediante agentes desnaturalizantes .
La secuencia de péptidos que atraviesa la membrana, o el segmento transmembrana , es en gran parte hidrófoba y se puede visualizar usando el gráfico de hidropatía . [1] Dependiendo del número de segmentos transmembrana, las proteínas transmembrana se pueden clasificar como de un solo tramo (o bitópicas ) o de múltiples tramos (politópicas). Algunas otras proteínas integrales de la membrana se denominan monotópicas , lo que significa que también están unidas permanentemente a la membrana, pero no la atraviesan. [2]
Hay dos tipos básicos de proteínas transmembrana: [3] barriles alfa helicoidales y beta . Las proteínas alfa helicoidales están presentes en las membranas internas de las células bacterianas o en la membrana plasmática de las células eucariotas y, a veces, en la membrana externa bacteriana . [4] Esta es la categoría principal de proteínas transmembrana. En los seres humanos, se ha estimado que el 27% de todas las proteínas son proteínas de membrana de hélice alfa. [5] Las proteínas de barril beta se encuentran hasta ahora solo en las membranas externas de las bacterias gramnegativas , las paredes celulares de las bacterias grampositivas , las membranas externas de las mitocondrias ycloroplastos , o pueden secretarse como toxinas formadoras de poros . Todas las proteínas transmembrana de barril beta tienen la topología ascendente y descendente más simple, que puede reflejar su origen evolutivo común y un mecanismo de plegado similar.
Además de los dominios de proteínas, existen elementos transmembrana inusuales formados por péptidos. Un ejemplo típico es la gramicidina A , un péptido que forma una hélice β transmembrana dimérica. [6] Este péptido es secretado por bacterias grampositivas como antibiótico . No se ha informado de una hélice de poliprolina II transmembrana en proteínas naturales. No obstante, esta estructura se observó experimentalmente en péptidos artificiales diseñados específicamente. [7]
Esta clasificación se refiere a la posición de los extremos N y C de la proteína en los diferentes lados de la bicapa lipídica . Los tipos I, II, III y IV son moléculas de un solo paso . Las proteínas transmembrana de tipo I se anclan a la membrana lipídica con una secuencia de anclaje de parada-transferencia y sus dominios N-terminales se dirigen al lumen del retículo endoplásmico (ER) durante la síntesis (y al espacio extracelular, si las formas maduras se encuentran en las membranas celulares)). Los tipos II y III están anclados con una secuencia de anclaje de señal, y el tipo II se dirige al lumen del ER con su dominio C-terminal, mientras que el tipo III tiene sus dominios N-terminales dirigidos al lumen del ER. El tipo IV se subdivide en IV-A, con sus dominios N-terminales dirigidos al citosol y IV-B, con un dominio N-terminal dirigido a la luz. [8] Las implicaciones para la división en los cuatro tipos se manifiestan especialmente en el momento de la translocación y la traducción ligada al ER, cuando la proteína tiene que pasar a través de la membrana del ER en una dirección que depende del tipo.
Las estructuras de las proteínas de la membrana se pueden determinar mediante cristalografía de rayos X , microscopía electrónica o espectroscopía de RMN . [10] Las estructuras terciarias más comunes de estas proteínas son el haz de hélice transmembrana y el barril beta . La porción de las proteínas de la membrana que están unidas a la bicapa lipídica (ver capa lipídica anular ) consiste principalmente en aminoácidos hidrofóbicos. [11]