پروتئین های غشایی تشکیل و آزادسازی پروتئین های گذرنده سلول محصول نهایی کار پروتئین های گذرنده

لیپیدها در ترکیب غشاها، اول از همه، خواص ساختاری دارند - آنها یک لایه دولایه یا ماتریس ایجاد می کنند که در آن اجزای فعال غشاء - پروتئین ها - قرار دارند. این پروتئین ها هستند که غشاهای مختلف را منحصر به فرد می کنند و خواص خاصی را ارائه می دهند. پروتئین های غشایی متعددی وظایف اصلی زیر را انجام می دهند: آنها انتقال مواد از طریق غشاها (عملکردهای حمل و نقل) را تعیین می کنند، کاتالیز را انجام می دهند، فرآیندهای فسفوریلاسیون عکس و اکسیداتیو، همانندسازی DNA، ترجمه و اصلاح پروتئین ها، دریافت سیگنال و انتقال یک تکانه عصبی و غیره

معمولاً پروتئین های غشایی را به 2 گروه تقسیم می کنند: انتگرال(داخلی) و پیرامونی(خارجی). معیار چنین جداسازی، درجه قدرت اتصال پروتئین به غشا و بر این اساس، درجه شدت پردازش مورد نیاز برای استخراج پروتئین از غشا است. بنابراین، هنگامی که غشاها با مخلوط‌های بافری با قدرت یونی کم، مقادیر pH پایین در حضور عوامل کیل‌کننده، به‌عنوان مثال، اتیلن دی‌آمینو تترا استات (EDTA)، که کاتیون‌های دو ظرفیتی را به هم متصل می‌کنند، می‌توان پروتئین‌های محیطی را به محلول رها کرد. پروتئین‌های محیطی تحت چنین شرایط ملایمی از غشاها آزاد می‌شوند، زیرا با برهمکنش‌های الکترواستاتیک ضعیف یا برهمکنش‌های آبگریز با دم‌های لیپیدی با سرهای لیپیدی یا سایر پروتئین‌های غشایی مرتبط هستند. برعکس، پروتئین های انتگرال مولکول های آمفی دوست هستند، دارای مناطق آبگریز بزرگ در سطح خود هستند و در داخل غشاء قرار دارند؛ بنابراین برای استخراج آن ها باید لایه دوگانه را از بین برد. برای این منظور، بیشتر از مواد شوینده یا حلال های آلی استفاده می شود. راه های اتصال پروتئین ها به غشاء کاملاً متنوع است (شکل 4.8).

پروتئین های انتقال دهنده. دولایه لیپیدی یک سد غیرقابل نفوذ برای اکثر مولکول ها و یون های محلول در آب است و انتقال آنها از طریق غشاهای زیستی به فعالیت پروتئین های انتقال بستگی دارد. دو نوع اصلی از این پروتئین ها وجود دارد: کانال ها(منافذ) و حامل ها. کانال‌ها تونل‌های متقاطع غشایی هستند که در آن‌ها مکان‌های اتصال مواد انتقال‌یافته در هر دو سطح غشا به طور همزمان در دسترس هستند. کانال ها در حین حمل و نقل مواد دچار هیچ گونه تغییر ساختاری نمی شوند، ساختار آنها فقط هنگام باز و بسته شدن تغییر می کند. برعکس، حامل ها ترکیب خود را در طول انتقال مواد از طریق غشاء تغییر می دهند. علاوه بر این، در هر نقطه زمانی خاص، محل اتصال ماده منتقل شده در حامل تنها در یک سطح از غشا موجود است.

کانال ها به نوبه خود می توانند به دو گروه اصلی تقسیم شوند: وابسته به ولتاژ و تنظیم شیمیایی. نمونه ای از یک کانال وابسته به ولتاژ کانال Na + است که عملکرد آن با تغییر ولتاژ میدان الکتریکی تنظیم می شود. به عبارت دیگر، این کانال ها در پاسخ به یک تغییر باز و بسته می شوند پتانسیل گذرنده. کانال های شیمیایی تنظیم شده

در پاسخ به اتصال عوامل شیمیایی خاص باز و بسته می شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک انتقال دهنده عصبی به گیرنده استیل کولین نیکوتین متصل می شود، به یک ترکیب باز تغییر می کند و به کاتیون های تک ظرفیتی اجازه عبور می دهد (بخش 4.7 این فصل). اصطلاحات "منافذ" و "کانال" معمولاً قابل تعویض هستند، اما گاهی اوقات آنها به عنوان ساختارهای غیرانتخابی درک می شوند که مواد را عمدتاً بر اساس اندازه متمایز می کنند و به همه مولکول های به اندازه کافی کوچک اجازه عبور می دهند. کانال ها اغلب به عنوان کانال های یونی شناخته می شوند. سرعت انتقال از طریق یک کانال باز به 10 6 - 10 8 یون در ثانیه می رسد.

حامل ها را نیز می توان به 2 گروه منفعل و فعال تقسیم کرد. با کمک حامل های غیرفعال، یک نوع از مواد در سراسر غشاء منتقل می شود. حامل های غیرفعال درگیر هستند انتشار را تسهیل کردو فقط جریان ماده را افزایش می دهد که در امتداد گرادیان الکتروشیمیایی انجام می شود (به عنوان مثال، انتقال گلوکز از طریق غشای گلبول های قرمز). حامل های فعال مواد را با هزینه انرژی در سراسر غشاء حمل می کنند. این پروتئین های انتقال مواد را در یک طرف غشاء جمع می کنند و آنها را در برابر گرادیان الکتروشیمیایی حمل می کنند. سرعت حمل و نقل با کمک باربرها بسیار به نوع آنها بستگی دارد و از 30 تا 10 5 s -1 متغیر است. اغلب، اصطلاحات "permease"، "translocase" برای اشاره به حامل های فردی استفاده می شود که می تواند مترادف با اصطلاح "حامل" در نظر گرفته شود.

عملکردهای آنزیمی پروتئین های غشایی. طیف گسترده ای از آنزیم ها در غشای سلولی عمل می کنند. برخی از آنها در غشاء موضعی شده و در آنجا محیط مناسبی برای تبدیل ترکیبات آبگریز پیدا می کنند، برخی دیگر به دلیل مشارکت غشاها به ترتیب دقیق در آنها قرار می گیرند و مراحل متوالی فرآیندهای حیاتی را کاتالیز می کنند و برخی دیگر به کمک نیاز دارند. لیپیدها برای تثبیت ساختار آنها و حفظ فعالیت. آنزیم ها در غشاهای زیستی یافت شدند - نمایندگان همه طبقات شناخته شده. آنها می توانند از طریق غشاء نفوذ کنند، به صورت محلول در آن حضور داشته باشند، یا به عنوان پروتئین های محیطی، در پاسخ به برخی سیگنال ها به سطوح غشاء متصل شوند. انواع مشخصه آنزیم های غشایی را می توان تشخیص داد:

1) آنزیم های گذرنده که واکنش های جفت شده را در طرف های مخالف غشاء کاتالیز می کنند. این آنزیم ها معمولاً دارای چندین مرکز فعال هستند که در طرفین مخالف غشاء قرار دارند. نمایندگان معمولی این آنزیم‌ها اجزای زنجیره تنفسی یا مراکز ردوکس فتوسنتزی هستند که فرآیندهای ردوکس مرتبط با انتقال الکترون و ایجاد گرادیان‌های یونی روی غشاء را کاتالیز می‌کنند.

2) آنزیم های غشایی که در انتقال مواد نقش دارند. پروتئین‌های انتقالی که انتقال یک ماده را با هیدرولیز ATP همراه می‌کنند، برای مثال، یک عملکرد کاتالیزوری دارند.

3) آنزیم هایی که تبدیل بسترهای متصل به غشاء را کاتالیز می کنند. این آنزیم ها در متابولیسم اجزای غشاء نقش دارند: فسفولیپیدها، گلیکولیپیدها، استروئیدها و غیره.

4) آنزیم های دخیل در تبدیل سوبستراهای محلول در آب. با کمک غشاها، اغلب در حالت متصل به آنها، آنزیم ها می توانند در مناطقی از غشاها که محتوای بسترهای آنها بیشتر است، متمرکز شوند. به عنوان مثال، آنزیم‌هایی که پروتئین‌ها و نشاسته را هیدرولیز می‌کنند به غشای میکروویلی‌های روده متصل می‌شوند که سرعت تخریب این سوبستراها را افزایش می‌دهد.

پروتئین های اسکلت سلولی . اسکلت سلولی شبکه پیچیده ای از فیبرهای پروتئینی از انواع مختلف است و فقط در سلول های یوکاریوتی وجود دارد. اسکلت سلولی پشتیبانی مکانیکی برای غشای پلاسمایی فراهم می کند، می تواند شکل سلول و همچنین محل اندامک ها و حرکت آنها را در طول میتوز تعیین کند. با مشارکت اسکلت سلولی، فرآیندهای مهمی برای سلول مانند اندوسیتوز و اگزوسیتوز، فاگوسیتوز و حرکت آمیبوئید نیز انجام می شود. بنابراین، اسکلت سلولی چارچوب دینامیکی سلول است و مکانیک آن را تعیین می کند.

اسکلت سلولی از سه نوع فیبر تشکیل شده است:

1) میکروفیلامنت ها(قطر ~ 6 نانومتر). آنها اندامک های رشته ای هستند - پلیمرهای پروتئین کروی اکتین و سایر پروتئین های مرتبط با آن.

2) رشته های میانی (قطر 8-10 نانومتر). تشکیل شده توسط کراتین ها و پروتئین های مرتبط.

3) میکروتوبول ها(قطر ~ 23 نانومتر) - ساختارهای لوله ای بلند.

آنها از توبولین پروتئین کروی تشکیل شده اند که زیر واحدهای آن یک استوانه توخالی را تشکیل می دهند. طول میکروتوبول ها می تواند به چندین میکرومتر در سیتوپلاسم سلول ها و چندین میلی متر در آکسون های اعصاب برسد.

این ساختارهای اسکلت سلولی در جهات مختلف به سلول نفوذ می کنند و ارتباط نزدیکی با غشاء دارند و در برخی نقاط به آن متصل می شوند. این بخش های غشاء نقش مهمی در تماس های بین سلولی ایفا می کنند و با کمک آنها سلول ها می توانند به بستر متصل شوند. آنها همچنین نقش مهمی در توزیع غشایی لیپیدها و پروتئین ها در غشاها دارند.

غشاهای بیولوژیکیواقع در مرز سلول و فضای خارج سلولی و همچنین در مرز اندامک های غشایی سلول (میتوکندری، شبکه آندوپلاسمی، کمپلکس گلژی، لیزوزوم ها، پراکسی زوم ها، هسته، وزیکول های غشایی) و سیتوزول برای عملکرد سلول به عنوان یک کل و اندامک های آن. غشاهای سلولی اساساً سازمان مولکولی مشابهی دارند. در این فصل، غشاهای بیولوژیکی عمدتاً به عنوان مثال غشای پلاسمایی (plasmolemma) در نظر گرفته می‌شوند که سلول را از محیط خارج سلولی جدا می‌کند.

هر غشای بیولوژیکی(شکل 2-1) شامل فسفولیپیدها(~50٪) و پروتئین ها (تا 40٪). در مقادیر کمتر، غشاء حاوی سایر چربی ها، کلسترول و کربوهیدرات ها است.

برنج. 2-1. از یک لایه دوگانه تشکیل شده است فسفولیپیدهاکه قسمت های آبدوست آن (سرها) به سمت سطح غشاء هدایت می شوند و قسمت های آبگریز (دم هایی که غشا را به صورت دولایه تثبیت می کنند) در داخل غشا. I - پروتئین های انتگرالدر غشا تعبیه شده است. T - پروتئین های گذرندهدر تمام ضخامت غشا نفوذ کند. P - پروتئین های محیطیدر سطح بیرونی یا داخلی غشا قرار دارد.

فسفولیپیدها. مولکول فسفولیپید از یک قسمت قطبی (آب دوست) (سر) و یک دم هیدروکربنی دوگانه آپولار (آب گریز) تشکیل شده است. در فاز آبی، مولکول های فسفولیپید به طور خودکار دم به دم را جمع می کنند و چارچوب یک غشای بیولوژیکی (شکل های 2-1 و 2-2) را به شکل یک لایه دوگانه (دولایه) تشکیل می دهند. بنابراین، در غشاء، دم فسفولیپیدها (اسیدهای چرب) به داخل لایه پشت سر هم هدایت می شوند و سرهای حاوی گروه های فسفات به سمت بیرون می چرخند.

اسید آراکیدونیک.از فسفولیپیدهای غشایی، اسید آراشیدونیک آزاد می شود - پیش ساز Pg، ترومبوکسان ها، لکوترین ها و تعدادی دیگر از مواد فعال بیولوژیکی با عملکردهای بسیاری (واسطه های التهابی، عوامل وازواکتیو، واسطه های دوم و غیره).

لیپوزوم ها- وزیکول های غشایی به طور مصنوعی از فسفولیپیدهایی با قطر 25 نانومتر تا 1 میکرومتر تهیه شده است. لیپوزوم هابه عنوان مدل های غشاهای بیولوژیکی و همچنین برای وارد کردن مواد مختلف به سلول (به عنوان مثال، ژن ها، داروها) استفاده می شود. شرایط اخیر بر این واقعیت استوار است که ساختارهای غشایی (از جمله لیپوزوم ها) به راحتی (به دلیل دو لایه فسفولیپیدی) با هم ترکیب می شوند.

سنجاب هاغشاهای بیولوژیکی به انتگرال (شامل گذرنده) و محیطی (شکل 2-1 و 2-2) تقسیم می شوند.

پروتئین های غشایی یکپارچه (کروبی) در دولایه لیپیدی تعبیه شده اند. اسیدهای آمینه آبدوست آنها با گروه های فسفات فسفولیپیدها برهمکنش می کنند، در حالی که آمینو اسیدهای آبگریز آنها با زنجیره های اسیدهای چرب برهمکنش دارند. پروتئین های غشایی انتگرال شامل پروتئین های چسبنده، برخی پروتئین های گیرنده (گیرنده های غشایی) هستند.

پروتئین گذرنده - یک مولکول پروتئینی که از تمام ضخامت غشاء عبور می کند و هم در سطح بیرونی و هم در سطح داخلی از آن بیرون می زند. پروتئین‌های گذرنده شامل منافذ، کانال‌های یونی، ناقل‌ها، پمپ‌ها و برخی پروتئین‌های گیرنده هستند.

منافذ و کانال ها- مسیرهای گذرنده، که در طول آنها آب، یون ها و مولکول های متابولیت بین سیتوزول و فضای بین سلولی (و در جهت مخالف) حرکت می کنند.

حامل هاانجام حرکت غشایی مولکول های خاص (از جمله در ترکیب با انتقال یون ها یا مولکول های نوع دیگر).

پمپ هابا استفاده از انرژی آزاد شده در طول هیدرولیز ATP، یون ها را بر خلاف غلظت و گرادیان انرژی ( گرادیان الکتروشیمیایی ) حرکت می دهند.

پروتئین های غشای محیطی (فیبریلار و کروی) در یکی از سطوح غشای سلولی (خارجی یا داخلی) قرار دارند و به صورت غیر کووالانسی با پروتئین های غشایی انتگرال مرتبط هستند.

نمونه هایی از پروتئین های غشای محیطی مرتبط با سطح بیرونی غشاء - پروتئین های گیرندهو پروتئین های چسبندگی.

نمونه هایی از پروتئین های غشای محیطی مرتبط با سطح داخلی غشاء عبارتند از: پروتئین های اسکلت سلولی، پروتئین های سیستم پیام رسان دوم، آنزیم هاو سایر پروتئین ها

تحرک جانبیپروتئین‌های انتگرال می‌توانند در نتیجه برهمکنش با پروتئین‌های محیطی، عناصر اسکلت سلولی، مولکول‌های غشای سلول‌های همسایه و اجزای ماتریکس خارج سلولی در غشا توزیع شوند.

کربوهیدرات ها(عمدتا اولیگوساکاریدها) بخشی از گلیکوپروتئین ها و گلیکولیپیدهای غشاء هستند که 2 تا 10 درصد از جرم آن را تشکیل می دهند (شکل 2-2). لکتین ها با کربوهیدرات های سطح سلولی تعامل دارند. زنجیره های الیگوساکاریدها بر روی سطح بیرونی غشای سلولی بیرون زده و یک پوسته سطحی را تشکیل می دهند - گلیکوکالیکس.

گلیکوکالیکس ضخامتی در حدود 50 نانومتر دارد و شامل الیگوساکاریدهایی است که به طور کووالانسی با گلیکوپروتئین ها و گلیکولیپیدهای غشای پلاسمایی مرتبط هستند. عملکرد گلیکوکالیکس: تشخیص بین سلولی، فعل و انفعالات بین سلولی، هضم جداری (گلیکوکالیکس که میکروویلی های سلول های مرزی اپیتلیوم روده را می پوشاند حاوی پپتیدازها و گلیکوزیدازها است که تجزیه پروتئین ها و کربوهیدرات ها را کامل می کند).

نفوذپذیری غشاء

دولایه غشایی دو فاز آبی را از هم جدا می کند. بنابراین، غشای پلاسمایی مایع بین سلولی (بینابینی) را از سیتوزول جدا می کند و غشای لیزوزوم ها، پراکسی زوم ها، میتوکندری ها و سایر اندامک های درون سلولی غشایی محتویات خود را از سیتوزول جدا می کند. غشای بیولوژیکی - سد نیمه تراوا.

غشاء نیمه تراوا.غشای بیولوژیکی به عنوان نیمه تراوا تعریف می شود. سدی که نسبت به آب نفوذ ناپذیر است، اما در برابر مواد محلول در آن (یون ها و مولکول ها) قابل نفوذ است.

ساختارهای بافت نیمه تراوا.ساختارهای بافت نیمه تراوا همچنین شامل دیواره های مویرگ های خونی و موانع مختلف (به عنوان مثال، سد فیلتراسیون سلول های کلیوی، سد هوا-خون بخش تنفسی ریه، سد خونی-مغزی، و بسیاری دیگر) است. اگرچه چنین موانعی - علاوه بر غشاهای بیولوژیکی (پلاسمولما) - شامل اجزای غیر غشایی نیز می شود. نفوذپذیری چنین ساختارهای بافتی در بخش مورد توجه قرار گرفته است. "نفوذپذیری ترانس سلولی" فصل 4 .

پارامترهای فیزیکوشیمیایی مایع بین سلولی و سیتوزول به طور قابل توجهی متفاوت است (جدول 2-1 را ببینید)، و پارامترهای ارگانوئید درون سلولی و سیتوزول هر غشاء نیز متفاوت است. سطوح بیرونی و درونی غشای بیولوژیکی قطبی و آبدوست هستند، اما هسته غیر قطبی غشاء آبگریز است. بنابراین، مواد غیر قطبی می توانند به دو لایه لیپیدی نفوذ کنند. در عین حال، این ماهیت آبگریز هسته یک غشای بیولوژیکی است که عدم امکان اساسی نفوذ مستقیم مواد قطبی از طریق غشاء را تعیین می کند.

مواد غیر قطبی(به عنوان مثال، کلسترول نامحلول در آب و مشتقات آن) آزادانه به غشاهای بیولوژیکی نفوذ می کنند. به ویژه، به همین دلیل است که گیرنده های هورمونی استروئیدی در داخل سلول قرار دارند.

مواد قطبی(به عنوان مثال، یون‌های Na+، K+ C1-، Ca2+؛ متابولیت‌های مختلف کوچک اما قطبی، و همچنین قندها، نوکلئوتیدها، پروتئین‌ها و ماکرومولکول‌های اسید نوکلئیک) به خودی خود به غشاهای بیولوژیکی نفوذ نمی‌کنند. به همین دلیل است که گیرنده های مولکول های قطبی (به عنوان مثال، هورمون های پپتیدی) در غشای پلاسمایی ساخته می شوند و انتقال سیگنال هورمونی به بخش های دیگر سلول توسط پیام رسان های دوم انجام می شود.

تراوایی انتخابی- نفوذپذیری غشای بیولوژیکی در رابطه با مواد شیمیایی خاص) - برای حفظ هموستاز سلولی مهم است. محتوای بهینه در سلول از یون ها، آب، متابولیت ها و ماکرومولکول ها. حرکت مواد خاص در طول یک غشای بیولوژیکی را انتقال غشایی (انتقال بین غشایی) می نامند.

اصول سازماندهی ساختاری پروتئین های غشایی و روش های پیش بینی آن برای پروتئین های گذرنده

با وضوح بالا، امکان ایجاد ساختار تنها یک کلاس از پروتئین های غشایی - مرکز واکنش باکتری ها وجود داشت، با این حال، در این مورد، موقعیت پروتئین نسبت به لایه لیپیدی به طور واضح تعیین نشد. اصول سازماندهی آن باید با احتیاط به سایر پروتئین های غشایی تعمیم داده شود. با استفاده از اصول ترمودینامیکی، و همچنین با در نظر گرفتن این واقعیت که بخش عمده ای از داده های تجربی با فرض محتوای بالای آلفا-مارپیچ در پروتئین های غشایی مطابقت دارند، می توان مقداری وضوح را معرفی کرد. عوامل ترمودینامیکی محدودیت های خاصی را در مورد اینکه چه نوع ساختارهای پروتئینی-لیپیدی می توانند پایدار باشند، تحمیل می کنند.

پروتئین های غشایی ترکیبات آمفی دوست هستند

هر پروتئین غشایی در تماس مستقیم با هسته آبگریز دو لایه لیپیدی باید آمفیفیل باشد. بخش‌هایی از پلی پپتید که در معرض حلال قرار می‌گیرند، احتمالاً با باقی‌مانده‌های اسید آمینه قطبی و قابل یونیزاسیون غنی می‌شوند، در حالی که باقی‌مانده‌هایی که در تماس با زنجیره‌های هیدروکربنی لیلید هستند، باید اساساً غیرقطبی باشند. همه اینها به طور منطقی از اصول انرژی مورد بحث در Sec. 2.3.1. آمینو اسیدهای باردار یا قطبی به طور کلی می توانند در داخل لایه دوگانه قرار گیرند، با این حال، محدودیت های خاصی در این مورد اعمال می شود.

اجازه دهید سه سطح از ساختارهای آمفی دوست در پروتئین های غشایی را در نظر بگیریم: آمفی دوستی اولیه، ثانویه و سوم.

1. ساختارهای آمفیفیلیک اولیهحاوی امتداد گسترده ای از بقایای اسید آمینه عمدتاً غیرقطبی است که طول آن برای عبور از دو لایه کافی است. چنین ساختارهایی هم در مرکز واکنش و هم در باکتریورودوپسین یافت شد. در این پروتئین ها، تمام عناصری که به غشاء نفوذ می کنند، a-helical هستند. ساختار α-مارپیچ ترجیح داده می شود زیرا تمام پیوندهای هیدروژنی را تشکیل می دهد که اتم های هیدروژن ستون فقرات پلی پپتیدی می توانند در آن شرکت کنند. ساختار جایگزین که فاقد یکی از پیوندهای هیدروژنی است، حدود 5 کیلوکالری بر مول پایداری کمتری دارد. همه اینها به ما اجازه می‌دهد تا پیشنهاد کنیم که چرخش زنجیره پلی پپتیدی در داخل غشاء بعید است. در نقاط عطف، 3 تا 5 باقیمانده اسید آمینه قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی نیستند و این ساختار را حدود 15-20 کیلو کالری در مول بی ثبات می کند. در پروتئین‌های کروی و محلول در آب، نواحی چرخشی عمدتاً روی سطح گلبول پروتئین قرار دارند، جایی که گروه‌های آمیدی می‌توانند با آب پیوند هیدروژنی ایجاد کنند. ظاهراً در مولکول‌های پروتئین‌های غشایی، چرخش‌ها نیز فقط در مناطقی که در معرض آب قرار دارند رخ می‌دهد.

این امکان وجود دارد که 3 لایه نیز بتواند عناصر گذرنده را تشکیل دهد که به عنوان مثال، شکل سیلندرهای J را دارند، مانند مورد پورین. الزامات تشکیل پیوندهای هیدروژنی توسط اتم های هیدروژن ستون فقرات پلی پپتیدی در چنین ساختارهایی را می توان برآورده کرد، اما فقط تحت شرایط تعامل بین زنجیره های ^. اینکه چگونه چنین ساختاری می تواند در غشاء ادغام شود کاملاً مشخص نیست و محدودیت های اعمال شده توسط مکانیسم های مونتاژ پروتئین های غشایی عموماً ناشناخته است.

2. ساختارهای آمفیفیلیک ثانویهدر چنین ساختارهایی، بقایای آبگریز به طور دوره ای در امتداد زنجیره رخ می دهند و هنگامی که پلی پپتید به یک ساختار ثانویه خاص تا می شود، یک سطح پیوسته را تشکیل می دهند. تناوب برخی از عناصر ساختار ثانویه در جدول نشان داده شده است. 1. پورین ها نمونه ای از پروتئین ها هستند که به نظر می رسد ساختارهای آمفی دوست ثانویه در آنها نقش مهمی ایفا می کنند. در آنها، باقی مانده های اسید آمینه قطبی و غیر قطبی در هر یک از زنجیره های /3 به طور متناوب. تمام بقایای قطبی در یک طرف لایه چین خورده قرار دارند و منافذ پر از آب را می پوشانند. توجه داشته باشید که هر آنچه در مورد پورین گفته شد فرضی است.

جدول 1. پارامترهای ساختار ثانویه

a-helix، که در آن بقایای آبگریز از طریق هر دوم یا سوم واحد مونومر رخ می دهد، باید سطوح آبگریز و قطبی داشته باشد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، چنین ساختارهایی اغلب به صورت یک حلقه مارپیچ با زنجیره های جانبی ارائه می شوند. ساختارهای آمفیفیلیک ثانویه می توانند در موقعیت هایی که به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده اند، ایجاد شوند. شر.

آ. بخش های پروتئین فعال سطحی؛ یک طرف مارپیچ با ناحیه آبگریز دولایه لیپیدی تعامل دارد، در حالی که طرف دیگر با فاز آبی و ناحیه قطبی لایه دوتایی تماس دارد. مارپیچ های آمفیفیلیک قادر به تشکیل بسیاری از هورمون های پپتیدی و همچنین پپتیدهای تخریب کننده غشاء مانند ملیتین هستند.

ب عناصر گذرنده؛ سطح غیر قطبی مارپیچ رو به فاز لیپیدی است، در حالی که سطح قطبی کانال آب را که به لایه دوتایی نفوذ می کند، می پوشاند. این یک مدل بسیار رایج است که عمدتاً بر اساس نتایج تحقیقات بر روی گیرنده نیکوتین استیل کولین ساخته شده است که به عنوان یک کانال شیمیایی تحریک پذیر عمل می کند. با این حال، نتیجه گیری بر اساس داده های تجربی مبنی بر اینکه این مارپیچ آمفیفیلیک است که به غشاء نفوذ می کند، اعتراضاتی را ایجاد کرد. چنین کانال پر از آب، مانند یک پورین، می تواند یک 3 رشته آمفیفیلیک را نیز تشکیل دهد.

V. عناصر گذرنده؛ قسمت غیر قطبی سطح در تماس با لیپیدها است و گروه های قطبی با گروه های قطبی سایر عناصر گذرنده در تماس هستند. این اصل است که زیربنای ساختارهای "معکوس" است، که ظاهراً باکتریورودوپسین است. برهمکنش‌های قطبی بین مارپیچ‌های آمفی‌فیلیک در اصل می‌توانند برهمکنش‌های بین زیر واحدها در پروتئین‌های الیگومری را تثبیت کنند.

3. ساختارهای آمفیفیلیک سوموجود آنها را فقط می توان فرضیه کرد. سطح آبگریز آنها باید در سطح ساختار سوم باقیمانده های واقع در متفاوت ترین قسمت های زنجیره پلی پپتیدی تشکیل شود. چنین ساختارهایی ممکن است مشخصه پروتئین هایی باشد که به دولایه متصل می شوند، اما حوزه های آبگریز کاملاً مشخصی ندارند که با هیچ یک از معیارهای بالا تعیین می شود. یک مثال احتمالی از این نوع، a-lactalbumin است.

باقی مانده های اسید آمینه قابل یونیزاسیون در بخش های گذرنده

بسیاری از مدل‌های پروتئین‌های غشایی نشان می‌دهند که بخش‌های غشایی آن‌ها حاوی بقایای یونیزاسیون‌پذیر هستند. این باقیمانده‌ها احتمالاً نقش عملکردی و/یا ساختاری مهمی دارند. در برخی موارد، این نقش به صراحت ثابت شده است: 1) باقی مانده های لیزین در باکتریورودوپسین و رودوپسین پایه های شیف را با یک گروه پروتز شبکیه تشکیل می دهند که برای تحریک نوری مولکول ضروری است. 2) باقی مانده های هیستیدین در پلی پپتیدهای مرکز واکنش باکتریایی در اتصال به رنگدانه های فتوسنتزی نقش دارند. 3) باقی مانده های باردار در لاکتوز پرماز از E. coli در توابع انتقال این پروتئین نقش دارد. ممکن است این باقیمانده ها شبکه ای از پیوندهای هیدروژنی را در داخل مولکول پروتئین تشکیل دهند.

انتقال گروه های باردار از آب به محیطی با گذردهی کم در داخل غشا از نظر انرژی بسیار نامطلوب است و این گروه ها باید به نحوی تثبیت شوند. بارها فرض شده است که تشکیل جفت یون برای تثبیت کافی است و این اصل برای ساخت یک مدل سه بعدی از باکتریورودوپسین استفاده شد. با این حال، محاسبات نشان داده است که انرژی آزاد انتقال جفت یونی از آب به محیطی با گذردهی کم نیز بسیار زیاد است. تثبیت بیشتر به برهمکنش های قطبی اضافی نیاز دارد که احتمالاً شامل سایر گروه های قطبی یا از طریق پیوندهای هیدروژنی می شود.

در اصل، حتی یک گروه باردار منفرد در داخل غشاء را می توان از طریق برهمکنش با گروه های قطبی و با مشارکت پیوندهای هیدروژنی که به طور مؤثری بار را از حالت محلی خارج می کند، تثبیت کرد. چندین نمونه از یون های جدا شده و حل شده وجود دارد که توسط فعل و انفعالات در پروتئین های محلول در آب تثبیت شده اند. به نظر می‌رسد که اصول مشابهی در مورد باقیمانده‌های باردار بخش‌های گذرنده پروتئین‌های انتگرال عمل می‌کنند.

با این حال، به نظر می رسد احتمال بیشتری وجود دارد که اسیدهای آمینه قابل یونیزاسیون در داخل غشاء توسط پروتوناسیون یا deprotonation خنثی شوند. انرژی آزاد خنثی سازی اسیدهای آمینه باردار تقریباً 10-17 کیلوکالری در مول برآورد شده است. در غیاب شرایط خاص برای فعل و انفعالات قطبی که باقیمانده باردار در بخش گذرنده را تثبیت می کند، احتمالاً خنثی می شود.

اسیدهای آمینه باردار در بخش هایی که در معرض محیط آبی قرار دارند

همانطور که قبلاً گفتیم، باقیمانده های باردار به طور نامتقارن بین دو طرف مرکز واکنش باکتری توزیع می شوند. این عدم تقارن همچنین مشخصه برخی دیگر از پروتئین های غشای داخلی باکتری ها است. بنابراین، باقیمانده های اصلی Lys و Arg در مناطقی که عناصر گذرنده را به هم متصل می کنند که در سمت داخلی غشاء قرار دارند و نه در قسمت بیرونی، چهار برابر بیشتر است. برای باقی مانده های اسید Asp و Glu، چنین روندی نشان داده نشده است. ممکن است این عدم تقارن مربوط به مکانیسم مونتاژ پروتئین غشایی باشد، اما چگونگی دقیق آن مشخص نیست. علاوه بر این، مشخص نیست که آیا این مشاهدات قابل تعمیم است و آیا ارزش پیش بینی دارد یا خیر.

در پروتئین های کروی و محلول در آب، باقی مانده های پرولین به ندرت در قسمت میانی مارپیچ a قرار دارند. با توجه به نتایج مطالعات 58 پروتئین حاوی 331 آلفا مارپیچ، 30 مورد از این قبیل شناسایی شد. در نیمی از آنها، پرولین در محل آسیب به مارپیچ و در بقیه موارد، در ناحیه انحنا یا بی نظمی ساختار قرار داشت.

در عین حال، در باکتریورودوپسین، باقی مانده های پرولین در قسمت میانی سه مارپیچ از هفت مارپیچ گذرنده و در رودوپسین قرار دارند. - در پنج تا از هفت مارپیچ از این قبیل. روند مشابهی نیز برای سایر بخش‌های گذرنده پروتئین‌های انتگرال، به‌ویژه آنهایی که حمل‌ونقل هستند، مشاهده شد. اهمیت این پدیده ناشناخته است. البته لازم به ذکر است که به دلیل وجود یک زنجیره جانبی حلقوی، پرولین پیوندهای هیدروژنی با باقیمانده های واقع در پیچ قبلی مارپیچ a تشکیل نمی دهد. این ممکن است به شکل‌گیری ساختارهایی کمک کند که در آن پیوند هیدروژنی به دلیل برهمکنش خاص با باقیمانده‌ای که در ناحیه نفوذکننده غشاء دیگری قرار دارد، تشکیل می‌شود. چنین برهمکنش قطبی در دو لایه می تواند ساختار سه بعدی پروتئین های غشایی را تثبیت کند.

روش‌هایی برای شناسایی ساختارهای آمفی‌فیلیک اولیه

اطلاعات ساختاری بدون ابهام در مورد پروتئین های غشایی تنها در موارد معدودی به دست آمده است، اما محققان داده های توالی اسید آمینه گسترده ای بر اساس نتایج توالی یابی DNA دارند. برای شناسایی مارپیچ های گذرنده α، احتمالاً 20 باقیمانده طولانی و عمدتاً از اسیدهای آمینه آبگریز تشکیل شده است، چندین روش تجزیه و تحلیل توالی اسید آمینه توسعه داده شده است. هر یک از آنها بر اساس آرایش اسیدهای آمینه در یک ردیف مطابق با یک پارامتر خاص است که احتمال یافتن این باقیمانده در بخش گذرنده را نشان می دهد.

دو نوع ترازو وجود دارد. در یک نمونه، اسیدهای آمینه بر اساس قطبیت نسبی یا "آب گریز" طبقه بندی می شوند. این مقیاس ها ماهیت ترمودینامیکی دارند و بر اساس میزان تغییر انرژی آزاد در هنگام انتقال اسید آمینه از محلول آبی به محیط هیدروکربنی هستند. با این حال، تعداد روش‌های کمی کردن آبگریزی اسیدهای آمینه بسیار زیاد است و در همه چیز با یکدیگر موافق نیستند. اغلب از داده هایی استفاده می شود که به طور همزمان به بیش از یک ویژگی فیزیکی مربوط می شود. نمونه ای از این نوع مقیاس "هیدروپاتی" کایت و دولیتل است که بر اساس داده های مربوط به آب گریزی، اندازه گیری شده با پتانسیل هیدراتاسیون و همچنین احتمال یافتن باقی مانده ها در داخل کروی است.

مقیاس گلدمن، انگلمن و استیتز بر اساس ارزیابی کمی از انرژی آزاد انتقال a-helices از یک محیط آبی به غشاء است. روی انجیر مقیاس کایت-دولیتل با مقیاس گلدمن-انگلمن-استیتز مقایسه شده است.

طبق گفته انگلمن و همکاران، تغییر در انرژی آزاد پس از ورود یک مارپیچ پلی آنیونی 20 به طول در غشا 30 کیلوکالری در مول است. محاسبه بر اساس برآورد سطح مارپیچ در معرض حلال است. سهم انرژی هر گروه جانبی با در نظر گرفتن سطح در معرض محیط آبی داخل مارپیچ ارزیابی شد. انرژی آزاد انتقال به دو لایه گروه های قطبی نیز در نظر گرفته شد. به عنوان مثال، فرض بر این بود که گلوتامین پس از انتقال به لایه دوگانه پروتونه می شود و انرژی آزاد این فرآیند 10.8 کیلوکالری در مول خواهد بود. به همین ترتیب، انتقال هیدروکسیل ها تقریباً 4.0 کیلوکالری در مول هزینه دارد.

همه موارد فوق نشان می دهد که چگونه از افزایش انرژی برهمکنش پس از انتقال مارپیچ α به لایه دوتایی می توان برای "کشیدن" گروه های جانبی قطبی به داخل لایه دوم استفاده کرد. به عنوان مثال، یک باقیمانده آرژنین را می توان به عنوان بخشی از یک مارپیچ گذر غشایی غیرقطبی در یک لایه دوگانه گنجاند، اگر پروتونه شود. این نیاز به 16.7 کیلو کالری در مول در pH 7.0 دارد. کل انرژی آزاد انتقال مارپیچ a همچنان منفی باقی خواهد ماند. با این حال، اگر دو باقیمانده آرژنین نیاز به وارد کردن دو لایه یا بار مثبت آرژنین داشته باشد، وضعیت تغییر خواهد کرد. البته بقایای قطبی به دلیل فعل و انفعالات خاص می توانند در داخل لایه دوگانه تثبیت شوند، اما در نظر گرفتن این موضوع در محاسبات بسیار دشوار است. به عنوان مثال، گروه های جانبی سرین، سیستئین و ترئونین می توانند پیوندهای هیدروژنی را به ستون فقرات پلی پپتیدی تشکیل دهند و باقی مانده های اسیدی و بازی می توانند جفت های یونی را تشکیل دهند. ظهور چنین جفت هایی ممکن است اگر این باقیمانده ها در فاصله چهار یا پنج واحد مونومر از هم قرار گیرند.

نوع دوم مقیاس، که برای طبقه‌بندی اسیدهای آمینه استفاده می‌شود، بر اساس داده‌هایی در مورد فرکانس‌هایی است که اسیدهای آمینه در بخش‌های پوشاننده غشاء به وجود می‌آیند.

این امر به طور تجربی آبگریزی و همچنین بسیاری از عوامل دیگر را که نمی توان به عنوان آب گریزی کمیت کرد، در نظر می گیرد. نقطه ضعف این رویکرد نیمه تجربی فقدان داده های دقیق در مورد مرزهای مناطق گذرنده است. با این حال، چنین مقیاس هایی می توانند به اندازه مقیاس های مبتنی بر پارامترهای ترمودینامیکی مفید باشند. به عنوان مثال می توان به مقیاس "تمایل" کوهن و لی به غشاء یا مقیاس "غوطه ور شدن مارپیچ در غشاء" رائو و آرگوس اشاره کرد. چهار باقیمانده آبگریز در مقیاس گلدمن-انگلمن-استیتز نیز چهار باقیمانده با بالاترین مقدار پارامتر در مقیاس رائو و آرگوس هستند.

روی انجیر پروفایل های سه پروتئین غشایی مختلف به دست آمده با استفاده از مقیاس های مختلف ارائه شده است. هنگام ساخت این پروفایل ها، مقادیر متوسط ​​اعداد در مقیاس های اختصاص داده شده به هر اسید آمینه در "پنجره" انتخاب شده در نظر گرفته می شود. این میانگین نسبت به تعداد باقیمانده در پلی پپتید رسم می شود. به عنوان مثال، اگر "پنجره" 19 باقیمانده باشد، مقدار اختصاص داده شده به موقعیت 40 میانگین در مقیاس برای همه اسیدهای آمینه از 31 تا 49 خواهد بود. مقدار اختصاص داده شده به موقعیت 41 میانگین باقیمانده های 32 تا 50 و غیره خواهد بود. قله های روی نیمرخ مربوط به نواحی آبگریز یا مناطقی است که احتمال تشکیل مارپیچ های گذرنده را دارند. برای ساختن یک پروفایل، اندازه پنجره مهم است. بیشتر منحنی ها در شکل. با اندازه پنجره 19 باقی مانده ساخته شد.

بیایید سعی کنیم پروفایل های ساخته شده را تفسیر کنیم. طبق مقیاس گلدمن-انگلمن-استیتز، پیک ها در مقادیر نزدیک به صفر مربوط به مارپیچ های گذرنده هستند. مقدار 1.25 در مقیاس Kite-Doolittle کوچکترین مقدار مربوط به مارپیچ گذرنده شناخته شده در زیر واحد L مرکز واکنش R است. . ویریدیس . در هر سه مورد نشان داده شده در شکل. 3.12، پروفایل های زیر واحدهای مرکز واکنش مشابه هستند.

روی انجیر دو پروفایل برای سیتوکروم P450 از میکروزوم ها نشان داده شده است. این پروتئین به این دلیل انتخاب شد که داده های ساختار اولیه آن نشان می دهد که دارای هشت مارپیچ گذرنده است. با این حال، داده های تجربی موجود تنها وجود یک مورد را نشان می دهد ن- koh- لنگر انتهایی در غشا. هر دو نمایه Kite-Doolittle و Goldman-Engelman-Steitz ناحیه N ترمینال را نشان می دهند، اما آنها همچنین حضور یک یا چند بخش گذرنده اضافی را نشان می دهند، که درست نیست. توجه داشته باشید که بسیاری از مدل های ساخته شده از پروتئین های غشایی، که فقط بر اساس داده های توالی اسید آمینه هستند، ممکن است نادرست باشند.

روی انجیر سه پروفایل برای باکتریورودوپسین داده شده است. با وجود شباهت آنها، تفاوت هایی در شکل قله های مربوط به هفت بخش گذرنده دیده می شود. الگوریتم Goldman-Engelman-on-Steitz اثر تثبیت کننده مربوط به تشکیل یک جفت یونی از باقیمانده های باردار نزدیک در یک مارپیچ را در نظر نمی گیرد. با در نظر گرفتن این عامل، تقسیم بین دو مارپیچ آخر واضح تر می شود.

یکی از مشکلاتی که در کاربرد همه الگوریتم‌های شرح داده شده در بالا با آن مواجه است، حذف بخش‌های آبگریز در پروتئین‌های کروی شناخته شده است که گذرنده نیستند، اما در داخل پروتئین قرار دارند. با این حال، هنگامی که ما به دنبال بخش های به اندازه کافی طولانی هستیم، این مشکل ایجاد نمی شود.

توجه داشته باشید که الگوریتم های مورد استفاده برای تشخیص ساختارهای a-helical در پروتئین های کروی محلول مانند الگوریتم Chow-Fasman برای تشخیص عناصر گذرنده مناسب نیستند. این الگوریتم‌ها برای توصیف ساختار نواحی غیر کروی، مانند بخش‌هایی که در داخل لایه دوگانه قرار دارند، قابل اجرا نیستند.

الگوریتم‌هایی که برای شناسایی نواحی گذرنده طراحی شده‌اند، نمی‌توانند در مورد بخش‌هایی که ساختارهای آمفی‌فیلیک ثانویه هستند یا از غشاء به شکل یک لایه /3 عبور می‌کنند، استفاده شوند. در حالت اول، این ناحیه به دلیل وجود پسماندهای قطبی در آن از بررسی خارج می شود، و در مورد دوم، بخش گذرنده بسیار کوتاه است، زیرا تنها 10-12 باقی مانده اسید آمینه در ساختار /3 برای عبور لازم است. دولایه برخی از الگوریتم‌ها برای تشخیص چرخش ^ به جای خود عناصر گذرنده طراحی شده‌اند. اگرچه این امر از برخی از مشکلات مرتبط با جداسازی کلاس‌های مختلف عناصر گذرنده جلوگیری می‌کند، اما مشخص نیست که با کاربرد وسیع‌تر آنها چقدر قابل قبول خواهند بود.

روش‌های شناسایی ساختارهای آمفی‌فیل ثانویه

چندین رویکرد برای تشخیص آمفی دوستی یا عدم تقارن ثانویه در توزیع باقی مانده های آبگریز در بخش های زنجیره پلی پپتیدی توسعه یافته است. اغلب، a-helices و / 3-layer در پروتئین های کروی با تناوب در توزیع باقی مانده های آبگریز مشخص می شوند. استفاده از یک حلقه مارپیچ به عنوان یک شاخص کیفی همیشه قابل توجیه نیست، رویکردهای کمی بیشتر مورد نیاز است. یکی از اصلی ترین آنها تعیین تناوب در توزیع باقی مانده های آبگریز با استفاده از روش های تبدیل فوریه است. یک مثال لحظه آبگریز است.

1. لحظه آبگریزاین پارامتر توسط آیزنبرگ و همکاران پیشنهاد شده است

و نشان دهنده مجموع برداری معینی از آبگریزی باقیمانده ها در بخشی از عناصر N است. آبگریزی هر باقیمانده به عنوان یک بردار نشان داده می شود که با زاویه مشخص می شود , توسط زنجیره جانبی و محور ستون فقرات پلی پپتیدی تشکیل شده است. برای a-helix 6 = 100 درجه روی انجیر 3.9 ب"بردارهای" آبگریز به صورت طرح ریزی شده بر روی صفحه حلقه مارپیچی ارائه می شوند و گشتاور آبگریز برابر با مجموع برداری آنها است. باقیمانده آبدوست توسط یک بردار با جهت منفی نشان داده می شود. برای یک دنباله تصادفی، مقدار چیبه دلیل توزیع تصادفی بقایای آبگریز بسیار کم خواهد بود. در همان زمان، در پپتید ملیتین، بقایای آبگریز در یک طرف ساختار و در طرف دیگر قطبی قرار دارند. مقدار عددی گشتاور آبگریز به اسید آمینه واقع در مرکز بخش تجزیه و تحلیل شده اختصاص داده می شود. بنابراین، می توان دنباله را "اسکن" کرد و میانگین آبگریزی را به هر موقعیت اختصاص داد و همچنین یافت

آیزنبرگ و همکاران، بخش‌های طولانی 11 باقیمانده از بسیاری از پروتئین‌ها و پپتیدها را تجزیه و تحلیل کردند و گشتاور آبگریز را تعیین کردند.

و میانگین آبگریزی برای هر یک از بخش های مورد مطالعه. بخش های پلی پپتیدی پروتئین های کروی با مقادیر کم هر دو مشخص می شوند چی -عناصر غشایی با طبیعت آبگریز دارای مقادیر pH بالا اما پایین هستند و عمدتا غیر قطبی هستند. پپتیدها و نواحی پروتئین های مربوط به "سورفکتانت" ارزش بالایی دارند tsnبه دلیل عدم تقارن شدید در توزیع باقیمانده های قطبی و غیر قطبی. با استفاده از این الگوریتم، بخش‌هایی از پروتئین‌های سورفکتانت، مانند مناطق سم دیفتری و پیروات اکسیداز شناسایی شدند. E. coli

گشتاور آبگریز به عنوان یک اندازه گیری کمی از تناوب در توزیع باقی مانده های آبگریز در مناطق مختلف پلی پپتید عمل می کند. گزینه 6 در اینجا نقش مهمی ایفا می کند. گشتاور آبگریز اساساً یکی از پارامترهای تبدیل فوریه تابع آبگریزی است. روش‌های کلی‌تر، که در زیر توضیح داده شده‌اند، به ما امکان می‌دهند همه اجزای فوریه را تجزیه و تحلیل کنیم و هر تناوب ممکن را شناسایی کنیم.

2. تناوب بودن دنباله.روش‌های زیادی برای شناسایی مناطقی از مولکول‌های پروتئینی که با تغییرات دوره‌ای در آبگریزی در طول زنجیره مشخص می‌شوند، توسعه یافته‌اند. همه آنها شامل تبدیل فوریه یک تابع وابسته به آبگریزی بقایای اسید آمینه در طول پلی پپتید هستند. وجود یک پیک با دوره 3.6 نشان می دهد که یک باقیمانده آبگریز در این بخش از پلی پپتید تجزیه و تحلیل شده به طور متوسط ​​در هر 3.6 باقی مانده رخ می دهد. این به این معنی است که بخش یک مارپیچ α است که در یک طرف آن عمدتاً بقایای آبگریز وجود دارد. این روش برای شناسایی نواحی آمفی‌فیلیک در برخی از پروتئین‌های انتقال و کانال استفاده شده است. به عنوان مثال می توان به گیرنده استیل کولین، کانال سدیم، ناقل گلوکز، پروتئین جداکننده میتوکندری و پروتئین باند گلبول قرمز 3 که یک ناقل آنیون است اشاره کرد. با این حال، هیچ نشانه روشنی وجود ندارد که این مارپیچ‌های آمفی‌فیلیک فرضی گذرنده هستند.

این روش ها همچنین برای تجزیه و تحلیل پپتیدها و آپولیپوپروتئین های برهم کنش سطح غشاء استفاده شده است.

پپتیدها - مدل های پروتئین های غشایی

استفاده از پپتیدها برای مطالعه برهمکنش های پروتئین-لیپیدی سال ها پیش آغاز شد. در بیشتر موارد، اینها پپتیدهای فعال غشایی طبیعی بودند، در درجه اول گرامیسیدین A، آلامتیسین و ملیتین. در حال حاضر، پپتیدهای مصنوعی بیشتر به عنوان سیستم های مدل استفاده می شوند. در این مورد، لازم است دو نکته را به خاطر بسپارید: 1) هنگام اتصال پپتید به غشاء، هر دو آمفی دوستی اولیه و ثانویه ضروری هستند. 2) پپتیدها اغلب پلی مورفیسم دارند، یعنی. توانایی تغییر ساختار بسته به محیط نه؛ این امکان وجود دارد که در آینده با کمک پپتیدهای مصنوعی بتوان برهمکنش های پروتئین-لیپیدی را به تفصیل مورد مطالعه قرار داد، اما تا کنون ما هنوز با این موضوع بسیار فاصله داریم.

تشکیل پروتئین های گذرنده باید شامل مراحل شناخت حوزه های گذرنده و ادغام آنها در لایه دولایه لیپیدی باشد.

دامنه های گذرنده از ترانسلوکون به صورت جانبی در سراسر رابط پروتئین-لیپیدی خارج می شوند

تعیین موقعیت در کانال انتقال و شروع انتقال پروتئین های ترشحی و غشاییبه همین ترتیب اتفاق بیفتد با این حال، جابه‌جایی پروتئین‌های غشایی باید با ادغام یا قرار دادن آن‌ها در دولایه لیپیدی ER ترکیب شود. ادغام در لحظه ای اتفاق می افتد که دامنه های گذرنده توسط ترانسلوکن شناسایی می شوند، سپس انتقال آنها به لومن ER متوقف می شود و آنها شروع به انتقال از کانال به لایه لیپیدی در جهت جانبی می کنند. انواع مختلفی از پروتئین های گذرنده به این روش سنتز و ادغام می شوند، از جمله آنهایی که چندین بار روی غشاء قرار می گیرند.

گام اول در مسیر ادغام پروتئینشناسایی حوزه های گذرنده توسط translocon در غشا است. این دامنه ها حدود بیست اسید آمینه آبگریز را گسترش می دهند. به دلیل ماهیت آبگریز، برخی از حوزه های گذرنده توسط SRP ها به عنوان توالی سیگنال شناسایی می شوند. این به اصطلاح توالی های لنگر سیگنال ابتدا پروتئین تازه تشکیل شده را روی ER قرار می دهند و سپس به عنوان توالی سیگنال عادی به کانال هدایت می شوند.

با این حال توالی های لنگر سیگنالاز پروتئین جدا نمی شوند، اما در غشا ادغام می شوند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، بر خلاف توالی لنگر سیگنال، اکثر حوزه های گذرنده به محض خروج از ریبوزوم، پس از تکمیل آدرس دهی توسط توالی سیگنال ترمینال N-ترمینال، توسط translocon شناسایی می شوند. اطلاعاتی که دامنه گذرنده قبلاً سنتز شده است باید از طریق مسیری متفاوت از SRP به translocon منتقل شود.

ساده ترین امضا کردن، نشان می دهد که دامنه گذر غشایی در translocon قرار دارد، این آبگریزی خود دامنه است. با توجه به خاص بودن ساختار، کانال انتقال این آبگریزی را نشان می دهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 3.21، ساختار translocon نشان می دهد که کانال می تواند مانند یک پوسته صدف باز شود، و به دامنه گذر غشایی اجازه می دهد تا به طور همزمان با کانال و لایه لیپیدی تماس پیدا کند. ظاهراً توالی‌های سیگنال و حوزه‌های گذرنده به پروتئین Sec61a واقع در کنار دریچه‌های بازکننده متصل می‌شوند و این اتصال سپس باعث باز شدن جانبی کانال می‌شود.

این طرح پیشنهاد شده است بر اساس داده های تجربیکه بر اساس آن حوزه های گذرنده در کانال با Sec61a و . در نتیجه، اگرچه translocon حاوی یک کانال آبی است، کانال های آبگریز کافی در غشاء وجود دارد که در آن پلی پپتیدهای جابه جا شده می توانند وارد محیط لیپیدی شوند. باید انتظار داشت که نواحی حاوی آمینو اسیدهای قطبی باید بدون توقف از طریق کانال حرکت کنند، در حالی که حوزه های آبگریز، به دلیل برهم کنش قوی با لیپیدها، در ارتباط با دیواره های جانبی کانال باقی می مانند و از جابجایی جلوگیری می کنند.

در بعضی موارد transloconدر غیر این صورت ممکن است دامنه گذرنده را شناسایی کند. به عنوان مثال، گاهی اوقات در طول سنتز یک دامنه گذرنده، تغییراتی در تعامل بین ریبوزوم و ترانسلوکون قبل از خروج دامنه از ریبوزوم رخ می دهد. این تغییرات به عنوان یک سیگنال برای translocon عمل می کند که یک دامنه گذرنده در شرف ظاهر شدن است. چگونگی ایجاد تغییرات در ریبوزوم و انتقال آنها به translocon نامشخص است. گاهی اوقات شناسایی به عناصر قطبی زنجیره تازه تشکیل شده در مجاورت حوزه گذرنده نیز نیاز دارد. این نشان می دهد که حداقل در برخی موارد، فرآیند شناسایی باید بیش از یک تعامل آبگریز بین دامنه و محیط کانال لیپیدی باشد.

مرز کانال و لایه لیپیدیبه نظر می رسد به عنوان مسیری برای خروج دامنه های گذرنده از کانال پس از شناسایی آنها عمل می کند. با این حال، مکانیسم خروج دامنه از translocon تا حدودی از بستری به بستر دیگر متفاوت است. برخی از دامنه ها تقریباً بلافاصله پس از شناسایی در کانال، translocon را ترک می کنند. در این موارد، دامنه گذرنده ابتدا با Sec61a و لیپیدها و سپس تنها با لیپیدها تماس می گیرد. فرض بر این است که دامنه قبلاً به دولایه لیپیدی نفوذ کرده است.

برای ادغام چنین دامنه هایی از پروتئین های دیگر، به استثنای مجموعه Sec61، مورد نیاز نیست. سایر حوزه های گذرنده آهسته تر ادغام می شوند و پس از شناسایی، برای مدت طولانی از translocon خارج نمی شوند، حتی گاهی اوقات تا پایان ترجمه در آنجا باقی می مانند. همانطور که آنها از کانال به داخل لایه دوگانه خارج می شوند، این حوزه های گذرنده با پروتئین TRAM در تماس هستند، اگرچه نقش بعدی آن نامشخص است.

درجه آب گریزیتا حدی تعیین می کند که آیا دامنه گذر غشایی بلافاصله یکپارچه می شود یا در مرحله بعدی سنتز پروتئین رخ می دهد. دامنه‌های آبگریز بیشتر ممکن است سریع‌تر به داخل دولایه لیپیدی حرکت کنند، اما دامنه‌های آبگریز کمتر ممکن است در مرز باقی بمانند و به عوامل انتقال اضافی نیاز داشته باشند. این امکان وجود دارد که TRAM و سایر پروتئین ها به عنوان چاپرون برای برخی از حوزه های گذرنده عمل کنند. آنها ادغام چنین حوزه هایی را ترویج می کنند که آب گریزی آنها برای حرکت کافی نیست.

بدیهی است، حداقل گروهی از پروتئین های غشاییممکن است چندین فرم حاوی یک دامنه خاص را نشان دهد که در برخی موارد در غشاء ادغام می شود، در حالی که در موارد دیگر ناشناخته باقی می ماند. پروتئین هایی مانند TRAM می توانند تعیین کنند که در چه شرایطی چنین جایگزین هایی یکپارچه می شوند.