Domena transbłonowa

Domena transbłonowa (TMD) to domena białkowa obejmująca błonę . TMD generalnie przyjmują konformację topologiczną helisy alfa , chociaż niektóre TMD, takie jak te w poranach , mogą przyjmować inną konformację. Ponieważ wnętrze dwuwarstwy lipidowej jest hydrofobowe , reszty aminokwasowe w TMD są często hydrofobowe, chociaż białka, takie jak pompy membranowe i kanały jonowe , mogą zawierać reszty polarne. TMD różnią się znacznie długością, sekwencją i hydrofobowością , przyjmując właściwości specyficzne dla organelli.

Funkcje domen transbłonowych

Wiadomo, że domeny transbłonowe pełnią różne funkcje. Obejmują one:

• Zakotwiczanie białek transbłonowych w błonie.
  

  Receptor AMPA zakotwiczony w błonie przez swoją domenę transbłonową.
• Ułatwianie transportu molekularnego cząsteczek, takich jak jony i białka , przez błony biologiczne ; zazwyczaj reszty hydrofilowe i miejsca wiązania w TMD pomagają w tym procesie.
• Transdukcja sygnału przez błonę; wiele białek transbłonowych, takich jak receptory sprzężone z białkiem G , odbiera sygnały zewnątrzkomórkowe. Następnie TMD propagują te sygnały przez błonę, aby wywołać efekt wewnątrzkomórkowy.
• Wspomaganie fuzji pęcherzyków ; funkcja TMD nie jest dobrze poznana, ale wykazano, że mają one kluczowe znaczenie dla reakcji fuzji, prawdopodobnie w wyniku wpływu TMD na napięcie dwuwarstwy lipidowej.
• Pośredniczenie w transporcie i sortowaniu białek transbłonowych; Wykazano, że TMD działają w tandemie z sygnałami sortowania cytozolowego, przy czym długość i hydrofobowość są głównymi wyznacznikami sortowania TDM. Dłuższe i bardziej hydrofobowe TMD pomagają w sortowaniu białek do błony komórkowej, podczas gdy krótsze i mniej hydrofobowe TMD są używane do zatrzymywania białek w retikulum endoplazmatycznym i aparacie Golgiego . Dokładny mechanizm tego procesu nie jest jeszcze znany.

Identyfikacja helis transbłonowych

Helisy transbłonowe są widoczne w strukturach białek błonowych określonych metodą dyfrakcji rentgenowskiej . Można je również przewidywać na podstawie skal hydrofobowości . Ponieważ wnętrze dwuwarstwy i wnętrza większości białek o znanej strukturze są hydrofobowe , zakłada się, że aminokwasy, które rozciągają się na błonie, muszą być również hydrofobowe. Jednak pompy membranowe i kanały jonowe zawierają również liczne naładowane i polarne reszty w generalnie niepolarnych segmentach transbłonowych.

Wykorzystanie „analizy hydrofobowości” do przewidywania helis transbłonowych umożliwia z kolei przewidywanie „topologii transbłonowej” białka; tj. przewidywanie, jakie jego części wystają do wnętrza komórki, jakie części wystają na zewnątrz i ile razy łańcuch białkowy przechodzi przez błonę.

Helisy transbłonowe można również identyfikować in silico za pomocą narzędzia bioinformatycznego TMHMM .

Rola biogenezy białek błonowych i czynników kontroli jakości

Ponieważ translacja białek zachodzi w cytosolu ( środowisku wodnym ), wymagane są czynniki rozpoznające TMD i chroniące je w tym nieprzyjaznym środowisku. Wymagane są również dodatkowe czynniki, które umożliwiają włączenie TMD do błony docelowej (tj. retikulum endoplazmatyczne lub inne organelle). Czynniki wykrywają również nieprawidłowe fałdowanie TMD w błonie i wykonują funkcje kontroli jakości. Czynniki te muszą być zdolne do rozpoznawania wysoce zmiennego zestawu TMD i mogą być segregowane na te aktywne w cytosolu lub aktywne w błonie.

Czynniki rozpoznawania cytozolu

Uważa się, że cytozolowe czynniki rozpoznawania wykorzystują dwie różne strategie. W strategii kotranslacyjnej rozpoznawanie i ekranowanie są sprzężone z syntezą białek. Badania asocjacyjne całego genomu wskazują, że większość białek błonowych ukierunkowanych na retikulum endoplazmatyczne jest obsługiwana przez cząstkę rozpoznającą sygnał który jest związany z rybosomalnym tunelem wyjściowym i inicjuje rozpoznawanie i osłanianie podczas translacji białka. Druga strategia obejmuje białka zakotwiczone w ogonie, zdefiniowane przez pojedynczą TMD zlokalizowaną blisko końca karboksylowego białka błonowego. Po zakończeniu translacji zakotwiczony w ogonie TMD pozostaje w rybosomalnym tunelu wyjściowym, a ATPaza pośredniczy w kierowaniu do retikulum endoplazmatycznego. Przykłady czynników wahadłowych obejmują TRC40 u wyższych eukariotów i Get3 u drożdży. Ponadto ogólne czynniki wiążące TMD chronią przed agregacją i innymi zakłócającymi interakcjami. SGTA i kalmodulina to dwa dobrze znane ogólne czynniki wiążące TMD. Kontrola jakości białek błonowych obejmuje czynniki wiążące TMD, które są połączone z proteasomów ubikwitynacji .

Czynniki rozpoznawania błony

Po przetransportowaniu czynniki pomagają w wstawianiu TMD przez grupę „głowy” fosforanu warstwy hydrofilowej błony fosfolipidowej . Czynniki kontroli jakości muszą umożliwiać rozpoznanie funkcji i topologii, a także ułatwiać ekstrakcję do cytosolu. Cząstka rozpoznająca sygnał transportuje białka błonowe do kanału translokacji Sec , ustawiając tunel wyjściowy rybosomu proksymalnie do centralnego poru translokonu i minimalizując ekspozycję TMD na cytozol. Insertazy mogą również pośredniczyć w wstawianiu TMD do dwuwarstwy lipidowej . Insertazy obejmują bakteryjne YidC, mitochondrialne Oxa1 i chloroplast Alb3, z których wszystkie są ewolucyjnie . Konserwatywne Hrd1 i Derlin są przykładami czynników kontroli jakości związanych z błoną .

Przykłady

• Tetraspaniny mają 4 konserwatywne domeny transbłonowe.
• Białka locus o ( mlo ) pleśni mają 7 konserwowanych domen transbłonowych, które kodują helisy alfa.