Transmembrandomän

En transmembrandomän (TMD) är en membranomspännande proteindomän . TMD:er antar i allmänhet en alfahelix- topologisk konformation , även om vissa TMD:er som de i poriner kan anta en annan konformation. Eftersom det inre av lipiddubbelskiktet är hydrofobt är aminosyraresterna i TMD ofta hydrofoba, även om proteiner som membranpumpar och jonkanaler kan innehålla polära rester. TMD:er varierar mycket i längd, sekvens och hydrofobicitet , och antar organellspecifika egenskaper.

Transmembrandomäners funktioner

Transmembrandomäner är kända för att utföra en mängd olika funktioner. Dessa inkluderar:

Förankring av transmembranproteiner till membranet.

En AMPA-receptor förankrad till membranet av dess transmembrandomän.
Underlätta molekylär transport av molekyler såsom joner och proteiner över biologiska membran ; vanligtvis hydrofila rester och bindningsställen i TMDs hjälper till i denna process.
Signaltransduktion över membranet; många transmembranproteiner, såsom G-proteinkopplade receptorer , tar emot extracellulära signaler. TMD: er sprider sedan dessa signaler över membranet för att inducera en intracellulär effekt.
Assistera vid vesikelfusion ; funktionen av TMD är inte väl förstått, men de har visat sig vara kritiska för fusionsreaktionen, möjligen som ett resultat av TMD som påverkar spänningen i lipiddubbelskiktet.
Förmedlar transport och sortering av transmembranproteiner; TMD:er har visat sig fungera tillsammans med cytosoliska sorteringssignaler, där längd och hydrofobicitet är de viktigaste bestämningsfaktorerna vid TDM-sortering. Längre och mer hydrofoba TMD:er hjälper till att sortera proteiner till cellmembranet, medan kortare och mindre hydrofoba TMD:er används för att behålla proteiner i det endoplasmatiska retikulumet och Golgi-apparaten . Den exakta mekanismen för denna process är fortfarande okänd.

Identifiering av transmembranspiraler

Transmembranspiraler är synliga i strukturer av membranproteiner bestämt genom röntgendiffraktion . De kan också förutsägas på basis av hydrofobicitetsskalor . Eftersom det inre av dubbelskiktet och det inre av de flesta proteiner med känd struktur är hydrofoba , antas det vara ett krav för aminosyrorna som spänner över ett membran att de också är hydrofoba. Emellertid membranpumpar och jonkanaler också många laddade och polära rester inom de generellt opolära transmembransegmenten.

Att använda "hydrofobicitetsanalys" för att förutsäga transmembranspiraler möjliggör en förutsägelse i sin tur av "transmembrantopologin" för ett protein; dvs förutsägelse av vilka delar av den som sticker ut i cellen, vilka delar som sticker ut och hur många gånger proteinkedjan korsar membranet.

Transmembranspiraler kan också identifieras i silico med hjälp av det bioinformatiska verktyget, TMHMM .

Rollen av membranproteinbiogenes och kvalitetskontrollfaktorer

Eftersom proteintranslation sker i cytosolen (en vattenhaltig miljö), krävs faktorer som känner igen TMD och skyddar dem i denna fientliga miljö. Ytterligare faktorer som gör att TMD kan inkorporeras i målmembranet (dvs endoplasmatiskt retikulum eller andra organeller) krävs också. Faktorer upptäcker också felveckning av TMD i membranet och utför kvalitetskontrollfunktioner. Dessa faktorer måste kunna känna igen en mycket varierande uppsättning av TMD och kan separeras i de som är aktiva i cytosolen eller aktiva i membranet.

Cytosoliska igenkänningsfaktorer

Cytosoliska igenkänningsfaktorer tros använda två distinkta strategier. I den co-translationella strategin är igenkänningen och avskärmningen kopplade till proteinsyntes. Genomomfattande associationsstudier indikerar att majoriteten av membranproteiner som riktar sig till det endoplasmatiska retikulum hanteras av signaligenkänningspartikeln som är bunden till den ribosomala utgångstunneln och initierar igenkänning och avskärmning när protein översätts. Den andra strategin involverar svansförankrade proteiner, definierade av en enda TMD belägen nära karboxylterminalen av membranproteinet. När translationen är klar, förblir den svansförankrade TMD i den ribosomala utgångstunneln, och en ATPas förmedlar inriktning mot det endoplasmatiska retikulumet. Exempel på skyttelfaktorer inkluderar TRC40 i högre eukaryoter och Get3 i jäst. Dessutom skyddar allmänna TMD-bindande faktorer mot aggregering och andra störande interaktioner. SGTA och kalmodulin är två välkända allmänna TMD-bindande faktorer. Kvalitetskontroll av membranproteiner involverar TMD-bindande faktorer som är kopplade till ubiquitination proteasomsystem .

Membranigenkänningsfaktorer

När de väl har transporterats hjälper faktorerna till med införandet av TMD över det hydrofila skiktet av fosfat-"huvud"-gruppen i fosfolipidmembranet . Kvalitetskontrollfaktorer måste kunna urskilja funktion och topologi, samt underlätta extraktion till cytosol. Signaligenkänningspartikeln transporterar membranproteiner till Sec- translokationskanalen , placerar ribosomutgångstunneln proximalt till translokonets centrala por och minimerar exponeringen av TMD för cytosol. Insertaser kan också förmedla TMD-insättning i lipiddubbelskiktet . Insertaser inkluderar bakterien YidC, mitokondriella Oxa1 och kloroplast Alb3, som alla är evolutionärt relaterade. De konserverade Hrd1- och Derlin -enzymfamiljerna är exempel på membranbundna kvalitetskontrollfaktorer.

Exempel

Tetraspaniner har 4 konserverade transmembrandomäner.
Mögellokus o ( mlo )-proteiner har 7 konserverade transmembrandomäner som kodar för alfa-helixar.