חלבון ממברנה אינטגרלי

חלבון ממברנה אינטגרלי או חלבון ממברנלי אינטגרלי (באנגלית: (Integral Membrane Protein; בראשי תיבות: IMP) הוא מולקולת חלבון (או מספר חלבונים הנמצאים בקומפלקס מסוים) אשר מעוגן לממברנה ביולוגית בקשרים חזקים ויציבים. ניתן לבודד חלבונים אלו מהממברנה בעזרת מולקולות שמתחרות על האינטראקציות ההידרופוביות של החלבון בסביבתו הנטיבית, לדוגמה: דטרגנט כמו SDS, או ממסים לא פולרים, או לפעמים על ידי ריאגנטים דנטורטיבים.

חלבוני ממברנה אינטגרלים מהווים חלק יחסי גדול מסך החלבונים המקודדים על ידי הגנום.^{[דרושה הבהרה][דרוש מקור]}

מבנה

נכון לשנת 2009, ידועים ברזולוציה אטומית המבנים התלת־ממדיים של כ-160 חלבונים אינטגרלים על סמך קריסטלוגרפיה בקרני X או על סמך מיפוי בעזרת תהודה מגנטית (NMR).

החלבונים האינטגרלים הם לא יציבים מרחבית בסביבת העבודה הנדרשת לצורכי מיצוי החלבון וגיבושו, ולכן זה הקושי הגדול בקביעת המבנה המרחבי. על מנת לבצע בדיקות אלו מופרד החלבון האינטגרלי מהממברנה ההידרופובית שבה הוא מקובע, תהליך שפוגע במבנה הנטיבי של החלבון בצורה שמקשה על קביעת המבנה הנכון (קישור; קיפול חלבונים). אבל המבנים המרחבים של האתרים הפעילים החשופים לסביבה המימית של חלבונים אינטגרלים רבים ידועים, ונמצאים במאגר המידע העולמי לחלבונים (Worldwide Protein Data Bank).

חלבונים אינטגרלים מתחלקים לשתי קבוצות לפי אופי הקישור לממברנה:

1. חלבונים טראנסממברנליים; חלבון חוצה ממברנה. יוצר באינטראקציות עם שתי שכבות הממברנה הליפידיות (bilayer interactions).
2. חלבון אינטגרלי monotopic; חלבון לא חוצה ממברנה. יוצר אנטראקציות עם שכבה ליפידית אחת (monolayer interactions).

חלבונים אינטגרלים חוצי ממברנה (Transmembrane)

הסוג הנפוץ ביותר של חלבוני ממברנה אינטגרלים הם חלבונים טראנסממברנלים (TM), שחוצים את רוחבה של הממברנה הביולוגית בצורה רציפה. הרבגוניות המבנית גדולה מאוד. החל מהמבנה הפשוט ביותר של רצפטור מסוג שרשרת פוליפטידית שחוצה את הממברנה הדו שכבתית פעם אחת, עד למבנה מורכב שחוצה את הממברנה מספר רב של פעמים.

לדוגמה; אדנילט ציקלאז חוצה ממברנה 12 פעם, חלבון G ממשפחת חוצי ממברנה 7 פעמים.

לחלבונים חוצי ממברנה יכולת לקיים דו-שיח ולקשר בין אזורים פריפראלי אחד של הממברנה הליפידית הדו שכבתית לצידה השני של הממברנה על ידי אפשרות למעבר ישיר של מולקולות (לדוגמה תעלה ממברנלית) או על ידי סנכרון בין אתרי קישור בעלי זיקה שונה משני צידי הממברנה שונים (הובלה פעילה מצומדת להשקעת אנרגיה או פסיבית לפי גרדיאנט דיפוזיה).

חלבונים טראנסממברנלים יכולים מקוטלגים ל-Type I, שנמצאים באוריינטציה כזו שהקצה האמיני טרמינלי פונה לצד החיצוני של הממברנה, או Type II, שהקצה הקרבוקסילי טרמינלי פונה לצד החיצוני של הממברנה.

חתך ממברנה סכמטי המציג אורינטציה של חלבונים טרנאסממברנליים

חלבונים אינטגרלים לא חוצי ממברנה (Monotopic)

שמם באנגלית: Integral monotopic proteins. חלבונים שנמצאים באינטראקציות חלשות ביחס לאינטראקציות של חלבונים טראנסממסרנלים לממברנה הביולוגית שאליה הם מחוברים. הקישור לממברנה מתרחש בצורה ישירה דרך שרשראות פפטידיות אמפיפטיות עם שכבת ליפידים אחת בממברנה (monolayer interaction). האתר הפעיל של חלבון שכזה פונה לאזור פריפראלי חיצוני אחד של הממברנה הליפידית הדו שכבתית.

מנגנון פעולה: בדרך כלל קישור הליגנד גורר להשראה מבנית בחלבון שגורמת לשינוי אוריינטציה בממברנה לפי מנגנון פליפ-פלופ. בצידה השני יש שחרור, באופן אקטיבי (שחרור דורש מטבע אנרגיה) או פסיבי (שחרור בגלל מפל ריכוזים), שינוי מבני נוסף ורגנרציה של החלבון לצד השני של הממברנה שוב פעם (יכול להיות מלווה בקישור של מולקולה אחרת).

בדומה לחלבונים אינטגרלים טראנסממבנלים, התפלגות החלבונים הללו תהיה בין הפרקציות הלא מסיסות במים (אופי הידרופובי) בעיקר, אך בנוסף, בין הפרקציות המסיסות במים (אופי הידרופילי) בתהליכי המיצוי של חלבונים. ההתפלגות תלויה בחוזק האינטראקציות וסוגן עם הממברנה, ותהליכי ההפקה מהווים פקטור.

דוגמאות

1. ציקלואוקסיגנאז
2. לנוסטרול סינטאז

פונקציונליות

הרבגוניות הביולוגית הרחבה של חלבונים אילו מהווה הכרח לקיום חיים. השונות בין תתי משפחות התפתחה בגלל הצורך לבצע תפקידים שונים ומגוונים תחת תנאים סביבתיים שונים. התפלגות החלבונים האינטגרלים בממברנה מקנה לה את תכונותיה הפונקציונליות השונות. כמו שציינו לעיל, חלבונים אילו מהווים חלק יחסי גדול מסך החלבונים המקודדים על ידי הגנום התאי, ועל כן לתא יש יכולת לשנות באופן אקטיבי את יחסי החלבונים השונים הקשורים לממברנה בהתאם לדרישות המטבוליזם שלו.

דוגמאות לתתי משפחות של חלבוני ממברנה אינטגרלים: נשאים, תעלות ממברנליות, חלבונים ממברנלים בעלי פעילות אנזימטית, קולטנים.

דוגמאות לחלבוני ממברנה אינטגרלים

1. מעבר סיגנל באמצעות קולטן ממברנלי
2. קולטן המצומד לחלבון G
3. פורינים
4. גליקופרוטאין
5. אינטגרין
6. קדהרין
7. קולטן לאינסולין
8. Neural Cell Adhesion Molecule ‏
9. סלקטין
10. סוגים שונים של חלבוני היצמדות (adhesion)
11. קולטן טראנסממברנלי
12. רודופסין
13. משחלף אניונים 1
14. CD36

ראו גם

• בנק מידע החלבונים - מאגר מידע על חלבונים: מבנים, רצפים, הומולוגיה וכדומה.
• חלבון ממברנה פריפריאלי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חלבון ממברנה אינטגרלי בוויקישיתוף

• מידע על מאגרי מידע על חלבונים