Membrane Proteins
ТРАНСМЕМБРАННЫЕ БЕЛКИ
Принцыпы управления структурой интегральных мембраннх белков те же самые, что и для водо-растворимых белков и ведут к формированию тех же вторичных структурных элементов. (Рис.1.) \| A segment of a simulated membrane bilayer (Рис.2.) \| A segment of a simulated membrane bilayer (Рис.3.) \| Hydropathy plot of the Rhizobium meliloti protein Dct B. The plot shows that two membrane-spanning alpha-helical regions are predicted. (Рис.4.) \| The three-dimensional structure of the all-beta transport protein FhuA. The protein (pdb 1by3) is shown with a simulated lipid bilayer in the position it would occupy in the bilayer. The beta strands form a barrel that serves as a pore in the membrane, with hydrophobic side chains on the outside of the barrel and polar side chains lining the pore. (Рис.5.) \| The two-stage model of protein oligomerization in the membrane. In stage 1 (not shown) the protein segment forms a stable alpha-helical structure in the membrane bilayer. In stage 2 these alpha helices associate to form oligomeric structures.	Не все белки в клетке существуют в водной среде. Некоторые впаяны в гидрофобные нижние части мембран, которые образуют поверхности клеток, органел пузырьков. Большинство биологических мембран являются двуслоем из липидных молекул (производных жирных кислот) с полярными или заряженными головными группами (Figure 1-11.1). Двуслой напоминает сэндвич с головными группами в качестве хлеба и липидными хвостами в качестве почти полностью гидрофобного наполнителя. Неполярная нижняя часть мембраны примерно 30 Angstroms в поперечнике; Слои головных групп вносят дополнительно 5-10 Angstroms с каждой стороны с общую толщину мембраны. Белок, который вставляется в мембрану, оказывается подвержен воздействию почти полностью неполяризованных условий. Боковые цепочки аминокислот, формирующие трансмембранные сегменты белков обычно гидрофибны и м. б. аккомодированы без энергетических затрат; но полярные основы carbonyl и amide групп должны все иметь неблагоприятные взаимодействия с неполяризованными липидными хвостами. Следовательно, необходимы довольно сильные управляющие силы для этих групп, чтобы создать водородные мостики др. с др., как это происходит в гидрофобной нижней части растворимого белка, когда он складывается в воде, и с тем же результатом. Образование альфа-спирали и бета-листка элементов вторичной структуры является сторого предпочтительным в нижней части мембраны. Поэтому водородные мостики в полностью неполяризованных условиях рассматриваются как более сильные, чем если бы те же самые группы были экспозированы в растворе, изолированая альфа спираль м. стабильно сущестовать в мембране, тогда как невзаимодействующие спирали редки в водо-растворимых белках. Любые полярные боковые цепочки должны или обнаруживаться на поверхности белка, которая выступает из мембраны, взаимодействуя с полярными головными группами липидов, или должна быть повернута внутрь стержневой вставленную в мембрану части белка, где они м. взаимодейстовать др. с др., образуя полярную поверхность, которая часто составляет часть поры или ионного канала, проходящих через двуслой. Т.обр., структура мембранных белков повернута наизнанку по сравнению с растворимыми белками: их вставленные поверхности являются неполяризованными и заряженными, а полярные боковые цепочки м.б. аккомодированы только в нижней части. Из за того что основные водородные мостики альфа спирали являются локальными, то альфа спирали являются наиболее распространенными вторичными структурными элементами мембранных белков (Figure 1-11.2). Т.к. смещение на остаток в спирали составляет 1.5 Angstroms, участок из примерно 20 последовательных гидрофобных остатков м. формировать спираль, которая пронизывает двуслой, если ось спираи не наклонена по отношению к плосткости мембраны. Такие участки легко распознаются в белковых последовательностях и рассматриваются как диагностические для внутренних мембранных белков при анализе геномных последовательностей, т.к. они редки у растворимых белков. Рис. 1-11.3 иллюстрирует hydropathy plot (plot средней гидрофобности остатков) как функцию последовательностей для carboxylic acid transport sensor (Dct B) у азот-фиксирующих бактерий Rhizobium meliloti. Две пронизывающие мембрану alpha спираьные области м.б. предсказаны. Beta листки также появляются в мембранных белках, но они трудно узнаваемы по последовательностям. Бета нить длиной в 8-9 остатков м. пронизывать мембрану (переводя на остаток это около 3.5 Angstroms), если цепь перпендикулярна плоскости двуслоя, но такие участки появляются в растворимых белках, а вариабельное скручивание бета листков делает это скорее, чем, когда нить наклонена. В таких мембранных белках, у которых бета листки являются антипараллельными листками с коротким полярным поворотом. Т.к. края нитей в бета листке, который вставлен в мембрану д. иметь много доноров неудовлетворенных (unsatisfied) водородных мостиков и акцепторные группы в их стрежнях, то все такие листки формируют закрытые сосуды (barrels), в которых первая и последние нити связаны др с др. водородными мостиками (Figure 1-11.4). Эти бета листкидолжны иметь гидрофобные боковые цепочки, покрывающие из выступающие поверхности, но м. иметь полярные или заряденные боковые цепочки, выстилающие нижние чати barrel. Такие barrels, по-видимому, используются в первую очередь как каналы, позволяющие воде или ионам диффундировать поперек мембрна. Не найдены пока интегральные мембранные белки со спиралями и бета листками в качестве вторичных структур. М. предположить, что они менее распространены, чем all-helical или all-beta типы белков: нужду в водородных мостиках полярных групп по краям нитей бета листков друдно удовлетворить при смешанной структуре. Мало известно о путях упаковки большинства мембранных белков, но для одного семейства all-helical типа показано, что индивидуальные спиральные сегменты мю экспрессироваться независимо с образованием функционального белка (Figure 1-11.5). Эти результаты укащзывают на то. что эти спирали м. формировать сами себя в двуслое и затем м. собираться в корректно упакованные образования с помощью латеральной диффузии до тех пор, пока они не найдут своих настоящих партнеров. Если это на самом деле путь,с помощью которого упаковываются интектные белки, то м. будет заключить, что для этого класса белков формирование вторичных структур предшествует коллапсу в компактное состояниеи что van der Waals взаимодействия между гидрофобными боковыми цепочками одни м. обеспечить адекватную специфичность и сродство, чтобы создать стабильную четветичную структуру. Этот же механизм мог бы объяснить ассоциацию одиночных трансмембранных спралей, когда индивидуальные рецепторы олигомеризуются на путях передачи сигналов. Сайт создан в системе uCoz

Не все белки в клетке существуют в водной среде. Некоторые впаяны в гидрофобные нижние части мембран, которые образуют поверхности клеток, органел пузырьков. Большинство биологических мембран являются двуслоем из липидных молекул (производных жирных кислот) с полярными или заряженными головными группами (Figure 1-11.1). Двуслой напоминает сэндвич с головными группами в качестве хлеба и липидными хвостами в качестве почти полностью гидрофобного наполнителя. Неполярная нижняя часть мембраны примерно 30 Angstroms в поперечнике; Слои головных групп вносят дополнительно 5-10 Angstroms с каждой стороны с общую толщину мембраны.

Белок, который вставляется в мембрану, оказывается подвержен воздействию почти полностью неполяризованных условий. Боковые цепочки аминокислот, формирующие трансмембранные сегменты белков обычно гидрофибны и м. б. аккомодированы без энергетических затрат; но полярные основы carbonyl и amide групп должны все иметь неблагоприятные взаимодействия с неполяризованными липидными хвостами. Следовательно, необходимы довольно сильные управляющие силы для этих групп, чтобы создать водородные мостики др. с др., как это происходит в гидрофобной нижней части растворимого белка, когда он складывается в воде, и с тем же результатом. Образование альфа-спирали и бета-листка элементов вторичной структуры является сторого предпочтительным в нижней части мембраны. Поэтому водородные мостики в полностью неполяризованных условиях рассматриваются как более сильные, чем если бы те же самые группы были экспозированы в растворе, изолированая альфа спираль м. стабильно сущестовать в мембране, тогда как невзаимодействующие спирали редки в водо-растворимых белках. Любые полярные боковые цепочки должны или обнаруживаться на поверхности белка, которая выступает из мембраны, взаимодействуя с полярными головными группами липидов, или должна быть повернута внутрь стержневой вставленную в мембрану части белка, где они м. взаимодейстовать др. с др., образуя полярную поверхность, которая часто составляет часть поры или ионного канала, проходящих через двуслой. Т.обр., структура мембранных белков повернута наизнанку по сравнению с растворимыми белками: их вставленные поверхности являются неполяризованными и заряженными, а полярные боковые цепочки м.б. аккомодированы только в нижней части.

Из за того что основные водородные мостики альфа спирали являются локальными, то альфа спирали являются наиболее распространенными вторичными структурными элементами мембранных белков (Figure 1-11.2). Т.к. смещение на остаток в спирали составляет 1.5 Angstroms, участок из примерно 20 последовательных гидрофобных остатков м. формировать спираль, которая пронизывает двуслой, если ось спираи не наклонена по отношению к плосткости мембраны. Такие участки легко распознаются в белковых последовательностях и рассматриваются как диагностические для внутренних мембранных белков при анализе геномных последовательностей, т.к. они редки у растворимых белков. Рис. 1-11.3 иллюстрирует hydropathy plot (plot средней гидрофобности остатков) как функцию последовательностей для carboxylic acid transport sensor (Dct B) у азот-фиксирующих бактерий Rhizobium meliloti. Две пронизывающие мембрану alpha спираьные области м.б. предсказаны.

Beta листки также появляются в мембранных белках, но они трудно узнаваемы по последовательностям. Бета нить длиной в 8-9 остатков м. пронизывать мембрану (переводя на остаток это около 3.5 Angstroms), если цепь перпендикулярна плоскости двуслоя, но такие участки появляются в растворимых белках, а вариабельное скручивание бета листков делает это скорее, чем, когда нить наклонена. В таких мембранных белках, у которых бета листки являются антипараллельными листками с коротким полярным поворотом. Т.к. края нитей в бета листке, который вставлен в мембрану д. иметь много доноров неудовлетворенных (unsatisfied) водородных мостиков и акцепторные группы в их стрежнях, то все такие листки формируют закрытые сосуды (barrels), в которых первая и последние нити связаны др с др. водородными мостиками (Figure 1-11.4). Эти бета листкидолжны иметь гидрофобные боковые цепочки, покрывающие из выступающие поверхности, но м. иметь полярные или заряденные боковые цепочки, выстилающие нижние чати barrel. Такие barrels, по-видимому, используются в первую очередь как каналы, позволяющие воде или ионам диффундировать поперек мембрна.

Не найдены пока интегральные мембранные белки со спиралями и бета листками в качестве вторичных структур. М. предположить, что они менее распространены, чем all-helical или all-beta типы белков: нужду в водородных мостиках полярных групп по краям нитей бета листков друдно удовлетворить при смешанной структуре.

Мало известно о путях упаковки большинства мембранных белков, но для одного семейства all-helical типа показано, что индивидуальные спиральные сегменты мю экспрессироваться независимо с образованием функционального белка (Figure 1-11.5). Эти результаты укащзывают на то. что эти спирали м. формировать сами себя в двуслое и затем м. собираться в корректно упакованные образования с помощью латеральной диффузии до тех пор, пока они не найдут своих настоящих партнеров. Если это на самом деле путь,с помощью которого упаковываются интектные белки, то м. будет заключить, что для этого класса белков формирование вторичных структур предшествует коллапсу в компактное состояниеи что van der Waals взаимодействия между гидрофобными боковыми цепочками одни м. обеспечить адекватную специфичность и сродство, чтобы создать стабильную четветичную структуру. Этот же механизм мог бы объяснить ассоциацию одиночных трансмембранных спралей, когда индивидуальные рецепторы олигомеризуются на путях передачи сигналов.

Сайт создан в системе uCoz