חלבון טראנסממברנלי

חלבון טראנס-ממברנלי הוא חלבון החוצה את הממברנה הביולוגית לרוחבה. מיוצב על ידי אינטראקציות עם שתי שכבות הממברנה (bilayer interactions).

הצגה סכמטית-1.סליל אלפא הליקס טראנסממברנלי יחיד 2.חלבון טראנסממברנלי החוצה את הממברנה מס' פעמים (מורכב משלוש י"ח חוזרות של אלפא הליקס; טרימר). 3.משטח בטא טראנסממברנלי

סיווג לפי תכונות

קיימים שני סוגים בסיסיים של חלבונים טראנסממברנלים:

1. חלבוני אלפא הליקס; נמצאים בכל סוגי הממברנות הביולוגיות, כולל הקרום החיצוני בחיידקים גראם-שליליים. זוהי קטגוריה עיקרית במשפחת החלבונים הטראנסממברנלים.
2. חלבוני משטחי בטא; נמצאים בקרום החיצוני של חיידקים גראם-שליליים וכן בדופן התא של חיידקים גראם-חיוביים.

קיפול חלבונים טרנסממסרנלים כפונקציה של יציבות תרמודינמית

יציבות של סלילי אלפא טראנסמבברנליים

חלבונים טראנסממברנלים מטיפוס אלפא הליקס (α-helical protein) הוכחו כמבנים יציבים בתנאי טמפרטורות דנטורטיבים, משום שהם לא נפתחים באופן מלא כשהם בתוך הממברנה. הסיבה ליציבות הגדולה נובעת מפוטנציאל קשרי מימן שמתפתח כתוצאה מהמבנה הספציפי של האלפא הליקס. מאידך, מה שתורם ליציבות הגדולה שלהם, בשלבים פרו פעילים מאוחרים יכול להוות מגבלה; חלבונים אילו רגישים בשלב ההתכנסות למבנה הנטיבי בממברנה ויכולים בקלות להתקפל בצורה שגויה (misfold) בגלל יצירת קשרים לא נכונים.

יציבות של משטחי בטא טראנסמבברנליים

היציבות של משטחי בטא טראנסממברנלים מושגת בדומה ליציבות של חלבונים מסיסים. הקיפול הנטיבי במערכת פיזיולוגית מזורז על ידי חלבונים מסיסים בשם שפרונים, שמיצבים את החלבון בסביבה המימית ומונעים ממנו לעבור אגרגציה.

סווג למשפחות על פי פונקצינליות ותכונות מבניות

רצפטורים טראנסממברנלים

רצפטורים טראנסממברנלים הם חלבונים אינטגרלים, שמתפקדים ומעוגנים בממברנה הציטופלסמתית. קשירת מולקולת סיגנל בצד אחד של הממברנה תגרום להתחלת תגובה בצידה השני. באופן זה, לרצפטורים טראנסממברנלים תפקיד חיוני ויחודי בתקשורת בין תאית והעברת סיגנלים.

הרבה רצפטורים טראנסממברנלים מורכבים מכמה תתי יחידות (אוליגופפטידים) שמתפקדות באופן שיתופי מסוכרן ומבוקר (קולקטיבי), ובעקבות קישור ליגנד יש אפשרות לאקטבציה או דהאקטיבציה של המבנה משמע הגברה (אמפליפיקציה) של הסיגנל. הסיווג בדרך כלל על בסיס המבנה המולקולרי שלהם, או, ברוב המקרים, על סמך פונקציונליות וטופולוגיה ממברנלית. הקושי הגדול בקביעת המבנה המרחבי של חלבונים אינטגרלים הוא אי יציבות מרחבית בסביבת העבודה הנדרשת לצורכי מיצוי החלבון וגיבושו. על מנת לבצע בדיקות שכאלו ראשית יש להפריד את החלבון האינטגרלי מהממברנה ההידרופובית שבה הוא מקובע, תהליך שפוגע במבנה הנטיבי של החלבון בצורה שמקשה על קביעת המבנה הנכון (קישור; קיפול חלבונים).

הרבגוניות המבנית גדול מאוד. החל מהמבנה הפשוט ביותר של רצפטור מסוג שרשרת פוליפטידית שחוצה את הממברנה הדו שכבתית פעם אחת, עד למבנה מורכב שחוצה את הממברנה מספר פעמים רב. לדוגמה, משפחת חלבוני G חוצים ממברנה 7 פעמים.

פורינים

מבט צד של מונומר יחיד של אותו חלבון. ניתן לראות את מבנה משטח בטא המאפיין חלבון זה.

פורינים הם חלבונים טראנסממברנלים מטיפוס beta barrel proteins, מהווים כמעין מערכת נקבים (פורות) בממברנה הביולוגית המאפשרת מעבר חופשי יחסית של מולקולות בדיפוזיה. בניגוד לחלבוני טרנספורט ממברנליים אחרים, פורינים הם חלבונים גדולים מספיק כדי לאפשר דיפוזיה פסיבית דרכם. הסלקציה בדרך כלל על פי גודל. פורינים בנויים ממשטחי בטא, הערוכים בסידור מרחבי אנטי-מקבילי (אנטי פרללי) ויוצרים מבנה צינורי הנקרא beta barrel proteins ("חבית בטא"). רצף חומצות האמינו במשטחי הבטא של פורין מאופיין בחזרה של שיירים פולריים (קוטביים/בעלי מטען) ולא פולריים של חומצות אמינו אחד אחרי השני. סידור זה גורם ליצירת מבנה אמפיפטי, כלומר צד אחד של משטח הבטא הוא הידרופובי והצד השני הידרופילי. השיירים הלא פולריים (הידרופוביים) פונים כלפי חוץ ויוצרים אינטראקציות עם החלק הליפידי (גם כן לא פולרי) של הממברנה, בעוד שהשיירים הפולריים (הידרופיליים) פונים כלפי פנים מבנה החבית ויוצרים בכך תווך הידרופילי, המאפשר את הדיפוזיה דרך הממברנה.

יוניפורטר הוא חלבון טראנסממברנלי אינטגרלי שמעורב בדיפזיה מסייעת (facilitated diffusion). חלבונים יכולים לתפקד בתור נשאים (חלבון אינטגרלי monotopic; חלבון לא חוצה ממברנה) והן בתור תעלות טראנסממברנליות. ההעברה מתבצעת בדיפוזיה לפי גרדיאנט ריכוזים, ולא נגד. פתיחת התעלה (בהתאם לפונקציונליות שלה) לפי סיגנלים של מתח, לחץ הידרוסטטי, קישור ליגאנד.

משאבות

משאבת נתרן-אשלגן

משאבות מובילות באופן פעיל מולקולות או יונים דרך הממברנה הפוספוליפידית בעזרת אנרגיה שהן רותמות לתהליך. כאשר המשאבות מנצלות בצורה ישירה אנרגיה כימית הגלומה במולקולות ATP מכונה פעולתן הובלה פעילה ראשונית. דוגמה להעברה פעילה ראשונית: משאבת 3Na⁺/2K⁺ ATPase (משאבת נתרן-אשלגן).

משאבות המשתמשות באופן עקיף באנרגיה כימית, בעזרת האנרגיה הגלומה במפל ריכוזים של יון שנוצר קודם לכן בהובלה פעילה ראשונית, מבצעות הובלה פעילה שניונית:

מערכת אנטיפורטר מעורבת בהובלה פעילה שניונית של שניים (או יותר) מולקולות שונות או יונים דרך הממברנה הפוספוליפידית כמו הממברנה הציטופלסמטית בכיוונים מנוגדים.

מערכת סימפורטר מעורבת בהובלה פעילה שניונית של שניים (או יותר) מולקולות שונות או יונים דרך הממברנה הפוספוליפידית כמו הממברנה הציטופלסמטית בכיוונים זהים. דוגמה למערכת סימפורטר; משאבת ^-Na⁺/K⁺/2Cl

חלבונים טראנסממברנלים כחלק ממסלול מטבולי רב שלבי ליצירת ATP

פוספורילציה אוקסידטיבית היא מסלול מטבולי שמנצל אנרגיה שמשתחררת מחמצון מולקולות אורגניות ליצירת מולקולת ATP. המסלול הוא שמור מבחינה אבולוציונית בגלל היעילות הגבוהה לאחסון אנרגיה, ביחס למסלולים אלטרנטיביים להפקת אנרגיה ללא נוכחות חמצן (תהליכי תסיסה) כמו הגליקוליזה.

משפחת אנזימים בשם ATP סינתאז הם אנזימים טראנסממברנלים בעלי פעילות קטליטית כיוונית, ומזרזים יצירת מולקולה אורגנית עתירת אנרגיה בשם ATP תוך ניצול צורת אנרגיה שניונית (גראדינט פרוטונים (PMF)) שנוצרת בין תווך ממברנלי:

1. בכלורופלסט- מחלל הלומן לחלל הסטרומה.
2. במיטוכונדריה- מחלל הממברנה הפנימית לחלל המטריקס.

שרשרת העברת אלקטרונים במיטוכונדריה המאופיינת בחלבונים טראנסממברנלים בעלי פעילות אזימתית.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חלבון טראנסממברנלי בוויקישיתוף

• קישור לערך בנושא מאגרי מידע על חלבונים [1] Stephen White laboratory(