De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda
Estructura cristalina del canal de potasio Kv1.2 / 2.1 Quimera. Los límites de hidrocarburos calculados de la bicapa lipídica se indican mediante líneas rojas y azules.

Las proteínas de membrana son comunes las proteínas que forman parte de, o interactuar con, membranas biológicas . Las proteínas de membrana se dividen en varias categorías amplias según su ubicación. Las proteínas integrales de la membrana son una parte permanente de la membrana celular y pueden penetrar la membrana (transmembrana) o asociarse con uno u otro lado de la membrana (monotópico integral). Las proteínas de la membrana periférica se asocian transitoriamente con la membrana celular.

Las proteínas de membrana son comunes y de importancia médica: alrededor de un tercio de todas las proteínas humanas son proteínas de membrana y son el objetivo de más de la mitad de todos los medicamentos. [1] No obstante, en comparación con otras clases de proteínas, determinar las estructuras de las proteínas de la membrana sigue siendo un desafío en gran parte debido a la dificultad de establecer condiciones experimentales que puedan preservar la conformación correcta de la proteína aislada de su entorno nativo.

Función [ editar ]

Las proteínas de membrana realizan una variedad de funciones vitales para la supervivencia de los organismos: [2]

La localización de proteínas en membranas se puede predecir de forma fiable utilizando análisis de hidrofobicidad de secuencias de proteínas, es decir, la localización de secuencias de aminoácidos hidrófobos.

Proteínas integrales de membrana [ editar ]

Representación esquemática de las proteínas transmembrana: 1. a transmembrana único α-hélice ( proteína de membrana bitopic ) 2. a politópica transmembrana proteína α-helicoidal 3. a politópica transmembrana β-hoja de proteína
La membrana está representado en color marrón claro.
Artículos principales: proteína de membrana integral y proteína transmembrana

Las proteínas integrales de la membrana están unidas permanentemente a la membrana. Dichas proteínas pueden separarse de las membranas biológicas solo usando detergentes , disolventes no polares o, a veces, agentes desnaturalizantes . Un ejemplo de este tipo de proteína que aún no se ha caracterizado funcionalmente es SMIM23 . Se pueden clasificar según su relación con la bicapa:

  • Las proteínas politópicas integrales son proteínas transmembrana que atraviesan la membrana más de una vez. Estas proteínas pueden tener una topología transmembrana diferente . [4] [5] Estas proteínas tienen una de dos arquitecturas estructurales:
    • Proteínas del haz helicoidal, que están presentes en todo tipo de membranas biológicas ;
    • Proteínas de barril beta , que se encuentran solo en las membranas externas de las bacterias Gram-negativas y las membranas externas de las mitocondrias y los cloroplastos . [6]
  • Las proteínas bitópicas son proteínas transmembrana que atraviesan la membrana solo una vez. Las hélices transmembrana de estas proteínas tienen distribuciones de aminoácidos significativamente diferentes a las hélices transmembrana de las proteínas politópicas. [7]
  • Las proteínas monotópicas integrales son proteínas de membrana integrales que están unidas a un solo lado de la membrana y no se extienden por todo el camino.

Proteínas de la membrana periférica [ editar ]

Representación esquemática de los diferentes tipos de interacción entre las proteínas de la membrana monotópica y la membrana celular : 1. Interacción por una α-hélice anfipática paralela al plano de la membrana ( hélice de la membrana en el plano) 2. Interacción por un bucle hidrofóbico 3. Interacción por un Lípido de membrana unido covalentemente ( lipidación ) 4. Interacciones electrostáticas o iónicas con lípidos de membrana ( p . ej., a través de un ion calcio)
Artículo principal: proteína de membrana periférica

Las proteínas de la membrana periférica se unen temporalmente a la bicapa lipídica oa las proteínas integrales mediante una combinación de interacciones hidrófobas , electrostáticas y otras interacciones no covalentes. Las proteínas periféricas se disocian después del tratamiento con un reactivo polar, como una solución con un pH elevado o altas concentraciones de sal.

Las proteínas integrales y periféricas pueden modificarse postraduccionalmente, con la adición de ácidos grasos , diacilglicerol [8] o cadenas de prenilo , o GPI (glicosilfosfatidilinositol), que puede estar anclado en la bicapa lipídica.

Toxinas polipeptídicas [ editar ]

Artículo principal: toxina formadora de poros

Las toxinas polipeptídicas y muchos péptidos antibacterianos , como colicinas o hemolisinas , y ciertas proteínas involucradas en la apoptosis , a veces se consideran una categoría separada. Estas proteínas son solubles en agua pero pueden agregarse y asociarse irreversiblemente con la bicapa lipídica y volverse reversible o irreversiblemente asociadas a la membrana.

En genomas [ editar ]

Las proteínas de membrana, como solubles en proteínas globulares , proteínas fibrosas y proteínas desordenadas , son comunes. [9] Se estima que del 20 al 30% de todos los genes en la mayoría de los genomas codifican proteínas de membrana. [10] [11] Por ejemplo, se cree que alrededor de 1000 de las ~ 4200 proteínas de E. coli son proteínas de membrana, 600 de las cuales se ha verificado experimentalmente como residentes en la membrana. [12] En los seres humanos, el pensamiento actual sugiere que el 30% del genoma codifica proteínas de membrana. [13]

En enfermedad [ editar ]

Las proteínas de membrana son el objetivo de más del 50% de todos los medicamentos modernos . [1] Entre las enfermedades humanas en las que se han implicado las proteínas de membrana se encuentran las enfermedades cardíacas , el Alzheimer y la fibrosis quística . [13]

Purificación de proteínas de membrana [ editar ]

Aunque las proteínas de membrana juegan un papel importante en todos los organismos, su purificación ha sido históricamente, y sigue siendo, un gran desafío para los científicos de proteínas. En 2008, estaban disponibles 150 estructuras únicas de proteínas de membrana, [14] y para 2019 solo se habían aclarado sus estructuras a 50 proteínas de membrana humana. [13] En contraste, aproximadamente el 25% de todas las proteínas son proteínas de membrana. [15] Sus superficies hidrófobas dificultan la caracterización estructural y especialmente funcional. [13] [16] Se pueden usar detergentes para hacer que las proteínas de la membrana sean solubles en agua , pero también pueden alterar la estructura y función de las proteínas. [13] También se puede lograr que las proteínas de membrana sean solubles en agua mediante la ingeniería de la secuencia de la proteína, reemplazando los aminoácidos hidrófobos seleccionados por otros hidrófilos, teniendo mucho cuidado de mantener la estructura secundaria mientras se revisa la carga general. [13]

La cromatografía de afinidad es una de las mejores soluciones para la purificación de proteínas de membrana. La actividad de las proteínas de membrana disminuye muy rápidamente en contraste con otras proteínas. Por tanto, la cromatografía de afinidad proporciona una purificación rápida y específica de las proteínas de membrana. La etiqueta de polihistidina es una etiqueta comúnmente utilizada para la purificación de proteínas de membrana, [17] y la etiqueta alternativa rho1D4 también se ha utilizado con éxito. [18] [19]

Lectura adicional [ editar ]

  • Johnson JE, Cornell RB (1999). "Proteínas anfitrópicas: regulación por interacciones de membrana reversibles (revisión)". Biología de la membrana molecular . 16 (3): 217–35. doi : 10.1080 / 096876899294544 . PMID  10503244 .
  • Alenghat FJ, Golan DE (2013). "Dinámica de proteínas de membrana e implicaciones funcionales en células de mamíferos" . Temas actuales en membranas . 72 : 89-120. doi : 10.1016 / b978-0-12-417027-8.00003-9 . ISBN 9780124170278. PMC  4193470 . PMID  24210428 .

Ver también [ editar ]

  • Concha lipídica anular
  • Proteína transportadora
  • Proteínas de la membrana nuclear interna
  • Canal de iones
  • Bomba de iones (biología)
  • Lista de códigos MeSH (D12.776)
  • Receptor (bioquímica)
  • Proteínas transmembrana

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Overington JP, Al-Lazikani B, Hopkins AL (diciembre de 2006). "¿Cuántos objetivos farmacológicos hay?". Reseñas de la naturaleza. Descubrimiento de drogas (opinión). 5 (12): 993–6. doi : 10.1038 / nrd2199 . PMID 17139284 . 
  2. ^ Almén MS, Nordström KJ, Fredriksson R, Schiöth HB (agosto de 2009). "Mapeo del proteoma de la membrana humana: la mayoría de las proteínas de la membrana humana se pueden clasificar según la función y el origen evolutivo" . Biología BMC . 7 : 50. doi : 10.1186 / 1741-7007-7-50 . PMC 2739160 . PMID 19678920 .  
  3. ^ Lin Y, Fuerst O, Granell M, Leblanc G, Lórenz-Fonfría V, Padrós E (agosto de 2013). "La sustitución de Arg149 con Cys fija el transportador de melibiosa en una conformación abierta hacia adentro" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1828 (8): 1690–9. doi : 10.1016 / j.bbamem.2013.03.003 . PMID 23500619 : a través de Elsevier Science Direct. 
  4. ^ von Heijne G (diciembre de 2006). "Topología de proteínas de membrana". Reseñas de la naturaleza. Biología celular molecular . 7 (12): 909–18. doi : 10.1038 / nrm2063 . PMID 17139331 . 
  5. ^ Gerald Karp (2009). Biología celular y molecular: conceptos y experimentos . John Wiley e hijos. págs. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Consultado el 13 de noviembre de 2010 , a través de Google Books.
  6. ^ Selkrig J, Leyton DL, Webb CT, Lithgow T (agosto de 2014). "Ensamblaje de proteínas de barril β en membranas externas bacterianas" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1843 (8): 1542–50. doi : 10.1016 / j.bbamcr.2013.10.009 . PMID 24135059 : a través de Elsevier Science Direct. 
  7. ^ Baker JA, Wong WC, Eisenhaber B, Warwicker J, Eisenhaber F (julio de 2017). "Residuos cargados junto a las regiones transmembrana revisadas: la" regla interior positivo "se complementa con la" regla de enriquecimiento exterior / agotamiento interior negativo " " . Biología BMC . 15 (1): 66. doi : 10.1186 / s12915-017-0404-4 . PMC 5525207 . PMID 28738801 .  
  8. ^ Sun C, Benlekbir S, Venkatakrishnan P, Wang Y, Hong S, Hosler J, Tajkhorshid E, Rubinstein JL, Gennis RB (mayo de 2018). "Estructura del complejo alternativo III en un supercomplejo con citocromo oxidasa" . Naturaleza . 557 (7703): 123–126. doi : 10.1038 / s41586-018-0061-y . PMC 6004266 . PMID 29695868 .  
  9. ^ Andreeva A, Howorth D, Chothia C, Kulesha E, Murzin AG (enero de 2014). "Prototipo de SCOP2: un nuevo enfoque para la minería de estructuras de proteínas" . Investigación de ácidos nucleicos . 42 (Problema de la base de datos): D310-4. doi : 10.1093 / nar / gkt1242 . PMC 3964979 . PMID 24293656 .  
  10. ^ Liszewski K (1 de octubre de 2015). "Disección de la estructura de las proteínas de membrana" . Noticias de Ingeniería Genética y Biotecnología (papel). 35 (17): 1, 14, 16-17. doi : 10.1089 / gen.35.17.02 .
  11. ^ Krogh A , Larsson B, von Heijne G , Sonnhammer EL (enero de 2001). "Predicción de la topología de proteínas transmembrana con un modelo de Markov oculto: aplicación para completar genomas" (PDF) . Revista de Biología Molecular . 305 (3): 567–80. doi : 10.1006 / jmbi.2000.4315 . PMID 11152613 - a través de Semantic Scholar.  
  12. ^ Daley DO, Rapp M, Granseth E, Melén K, Drew D, von Heijne G (mayo de 2005). "Análisis de topología global del proteoma de la membrana interna de Escherichia coli" (PDF) . Ciencia (Informe). 308 (5726): 1321–3. Código bibliográfico : 2005Sci ... 308.1321D . doi : 10.1126 / science.1109730 . PMID 15919996 - a través de Semantic Scholar.  
  13. ^ a b c d e f Martín, José; Sawyer, Abigail (2019). "Elucidar la estructura de las proteínas de membrana" . Noticias tecnológicas. BioTechniques (Edición impresa). Ciencia futura. 66 (4): 167-170. doi : 10.2144 / btn-2019-0030 . PMID 30987442 . 
  14. ^ Carpenter EP, Beis K, Cameron AD, Iwata S (octubre de 2008). "Superar los desafíos de la cristalografía de proteínas de membrana" . Opinión actual en biología estructural . 18 (5): 581–6. doi : 10.1016 / j.sbi.2008.07.001 . PMC 2580798 . PMID 18674618 .  
  15. ^ Krogh A, Larsson B, von Heijne G, Sonnhammer EL (enero de 2001). "Predicción de la topología de proteínas transmembrana con un modelo de Markov oculto: aplicación para completar genomas" (PDF) . Revista de Biología Molecular . 305 (3): 567–80. doi : 10.1006 / jmbi.2000.4315 . PMID 11152613 - a través de Semantic Scholar.  
  16. ^ Rawlings AE (junio de 2016). "Proteínas de membrana: ¿siempre un problema insoluble?" . Transacciones de la sociedad bioquímica . 44 (3): 790–5. doi : 10.1042 / BST20160025 . PMC 4900757 . PMID 27284043 .  
  17. ^ Hochuli E, Bannwarth W, Döbeli H, Gentz ​​R, Stüber D (noviembre de 1988). "Enfoque genético para facilitar la purificación de proteínas recombinantes con un nuevo adsorbente de quelatos metálicos". Biotecnología de la naturaleza . 6 (11): 1321-1325. doi : 10.1038 / nbt1188-1321 .
  18. ^ Locatelli-Hoops SC, Gorshkova I, Gawrisch K, Yeliseev AA (octubre de 2013). "Expresión, inmovilización de superficie y caracterización del receptor cannabinoide CB2 recombinante funcional" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y proteómica . 1834 (10): 2045–56. doi : 10.1016 / j.bbapap.2013.06.003 . PMC 3779079 . PMID 23777860 .  
  19. ^ Cook BL, Steuerwald D, Kaiser L, Graveland-Bikker J, Vanberghem M, Berke AP, Herlihy K, Pick H, Vogel H, Zhang S (julio de 2009). "Producción y estudio a gran escala de un receptor acoplado a proteína G sintético: receptor olfativo humano 17-4" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (29): 11925–30. Código Bibliográfico : 2009PNAS..10611925C . doi : 10.1073 / pnas.0811089106 . PMC 2715541 . PMID 19581598 .  

Enlaces externos [ editar ]

Organizaciones [ editar ]

  • Consorcio de dinámica estructural de proteínas de membrana
  • Expertos en purificación de proteínas de membrana

Bases de datos de proteínas de membrana [ editar ]

  • TCDB - Base de datos de clasificación de transportadores, una clasificación completa de proteínas transportadoras transmembrana
  • Base de datos de Orientaciones de Proteínas en Membranas (OPM) Estructuras 3D de proteínas de membrana integrales y periféricas dispuestas en la bicapa lipídica
  • Banco de datos de proteínas de proteínas transmembrana Modelos 3D de proteínas transmembrana aproximadamente dispuestas en la bicapa lipídica.
  • TransportDB Base de datos de transportadores de TIGR orientada a Genomics
  • Membrane PDB Base de datos de estructuras 3D de proteínas integrales de membrana y péptidos hidrofóbicos con énfasis en las condiciones de cristalización
  • Base de datos Mpstruc : una lista seleccionada de proteínas transmembrana seleccionadas del banco de datos de proteínas
  • MemProtMD una base de datos de estructuras de proteínas de membrana simuladas por dinámica molecular de grano grueso
  • La base de datos de membranomas proporciona información sobre proteínas bitópicas de varios organismos modelo