Определение интегрального белка
Интегральный белок, иногда называемый интегральным мембранным белком, представляет собой любой белок, который имеет специальную функциональную область с целью обеспечения своего положения в клеточной мембране. Другими словами, цельный белок запирает себя в клеточной мембране. Это происходит с регионами аминокислоты которые привлекают к середине плазматическая мембрана, Типичный цельный белок можно увидеть на рисунке ниже.
Интегральный белок, видимый здесь, проникает через плазматическую мембрану (P) несколько раз. Это не всегда так, некоторые интегральные белки имеют только одну область, которая простирается в гидрофобный внутренний слой плазматической мембраны. Область белка, видимая зеленым цветом, также гидрофобна. Положительное влияние этих неполярных взаимодействий и отрицательная сила попыток втолкнуть в область, заполненную водой, сохраняют целостные белки на месте. Помимо этой основной функции, обусловленной сходной структурой всех интегральных белков, один интегральный белок может принимать участие во многих различных реакциях.
Цельный белок можно сравнить с периферическим белком. Периферический белок часто прикрепляется к плазматической мембране, но только к головкам фосфолипид молекулы. Большинство из них могут легко отсоединиться и на самом деле не связаны внутри мембраны. Интегрированный белок из-за химического состава окружающей среды никогда не может покинуть плазматическую мембрану. Иногда периферийный белок и цельный белок будут работать вместе, чтобы выполнить задачу.
Интегральная функция белка
Основная функция по меньшей мере одной части каждого интегрального белка заключается в прикреплении белка к плазматической мембране. Эта мембрана может быть плазматической мембраной, окружающей митохондрии или внутренняя мембрана митохондрий. Они присутствуют на самом внешнем клеточная стенка, а также ядерная оболочка, которая окружает ядро и связывает ДНК. Существует неотъемлемый белок, связанный с каждой живой плазматической мембраной, и большинство клеток содержат сотни, если не тысячи из них.
Конечная функция каждого интегрального белка варьируется в зависимости от организм, органеллы и даже по расположению вдоль микроскопического кусочка плазматической мембраны. Один цельный белок может функционировать как мессенджер, передавая сигнал между внеклеточным пространством и цитозоль, Многие цельные белки, подобные этому, используются при приеме гормонов и передаче их сообщений.
Некоторые цельные мембранные белки являются частью больших комплексов белков, ответственных за ряд реакций, которые происходят через мембрану. АТФ-синтаза Например, это мультибелковый комплекс, который продуцирует АТФ в живых организмах от растений до человека. Он расположен на внутренней митохондриальной мембране. Здесь цепь переноса электронов имеет накопленные ионы на одной стороне мембраны, создавая градиент. АТФ-синтаза использует давление этого градиента, как гидроэлектрическая плотина, и использует энергию, предоставленную для производства АТФ.
Другой цельный белок может не пройти весь путь через плазматическую мембрану. Вместо этого эти интегральные белки, возможно, должны быть связаны с мембраной, чтобы их продукт легко выводился. Некоторые из белков, ответственных за производство нейротрансмиттеров, действуют таким образом. Это позволяет накапливать продукт там, где он больше всего необходим, на самых кончиках нейронов, где может быть выпущен сигнал.
Интегральная структура белка
Хотя структура интегрального белка вне области связывания с плазматической мембраной может широко варьироваться в зависимости от функции, существует только три общих темы связывания с плазматической мембраной в живых клетках, о которых мы знаем в настоящее время. Первые два включают последовательность аминокислот, из которых состоит белок, а третий включает в себя модификацию белка после его создания, что дает ему основание на липидной основе в плазматической мембране.
Альфа Хеликс
Альфа-спираль – это форма, производимая определенной цепью аминокислот, которая выглядит именно так, как следует из ее названия. Взаимодействия между аминокислотами рядом друг с другом создают изгиб вниз и внутрь, создавая структуру, похожую на спиральную лестницу. Альфа-спирали имеют тенденцию быть неполярными, что дает им явное преимущество в том, что они остаются связанными внутри гидрофобного хвостового участка мембраны. Трансмембранная альфа-спираль проходит через всю мембрану. Интегральный белок может иметь только одну область альфа-спирали, как показано в крайнем левом углу изображения ниже.
Многие другие белки используют несколько альфа-спиралей, которые охватывают мембрану. Это позволяет создать белковый канал или дыру в плазматической мембране, которая позволяет различным веществам проходить. Распространен среди бактерии это третье изображение, бета ствол.
Бета баррель
Бета-лист представляет собой сложную сложную цепочку аминокислот, которая образует уплощенный, жесткий лист. Как и альфа-спираль, это одна из основных форм, которые может принимать цепочка аминокислот. Когда многие бета-листы проходят через мембрану, создавая поры, структура называется бета-баррель. Снаружи бета-листов имеются гидрофобные остатки, и цельный белок может быть зафиксирован в плазматической мембране. Как и трансмембранная альфа-спираль, бета-цилиндр требует правильной последовательности аминокислот для целостного белка для поддержания контакта с мембраной.
Липидный Якорь
Липидный якорь – это неполярное гидрофобное соединение с некоторыми белками, которое позволяет ему встраиваться в плазматическую мембрану. Вместо того, чтобы быть закодированным в генетический код белка, сам белок модифицируется с помощью другого процесса. Посредством биохимической реакции жирная кислота или другой липид ковалентно связывается с самим белком, обычно на одном конце. Затем липид используется в составе плазматической мембраны, где он по своей природе захватывается другими липидами хвостовых областей фосфолипидов. Цельный белок с липидным якорем не изображен на изображении выше.
викторина
1. Что из следующего является определяющим признаком интегрального белка?A. Часть, которая связывается с гидрофобной областью плазматической мембраныB. Прикрепление к плазматической мембране любым способомC. Проведение ферментативных реакций вблизи мембраны
Ответ на вопрос № 1
верно. Интегральный белок может обладать ферментативной активностью, но он также может быть просто структурным белком. Часть названия подразумевает, что белок интегрируется в плазматическую мембрану, а не просто притягивается к ней, как в случае с периферические белки,
2. Ученый в лаборатории научился отделять цельные белки от плазматической мембраны. Он просто кладет клетки в решение содержащие моющее средство, как мыло для посуды, и белки извлекаются из мембраны. Что моющее средство должно делать с белками, чтобы извлечь их целиком?A. Разрушая связи их аминокислотB. Замена связей плазматических мембран со связями молекул моющего средстваC. Физически вырезать цельный белок из мембраны
Ответ на вопрос № 2
В верно. Цельные мембранные белки окружены моющими молекулами, которые проталкиваются между фосфолипидами. Как и фосфолипиды, моющие молекулы имеют как полярные, так и неполярные области. Они имеют гораздо более высокое сродство к неполярным взаимодействиям, что заставляет их окружать цельный белок. Когда все связи между белком и мембраной заменяются связями с детергентом, цельный белок освобождается.
3. Рассматривая только генетический код, как можно отличить цельный белок от белка, который не связывается с мембраной?A. Невозможно сказать, просто взглянув на генетика B. Посмотрите, сколько А и Т есть в кодеC. Ищите признаки альфа-спиралей и бета-бочек
Ответ на вопрос № 3
С верно. Присутствие альфа-спиралей и бета-бочек можно обнаружить простым анализом генетического кода. Компьютерное моделирование достаточно продвинуто, и мы знаем достаточно об этих структурах, чтобы предсказать их присутствие. Если их присутствие предсказано, и структура предполагает, что они также являются гидрофобными остатками, это, вероятно, означает, что они будут размещены или найдут путь к ближайшей плазматической мембране в виде интегрального белка.
Ссылки
- Брюс, П. Ю. (2011). Органическая химия (6-е изд.). Бостон: Прентис Холл.
- Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2008). Принципы биохимия, Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.
- Widmaier, E.P., Raff, H. & Strang, K.T. (2008). Человек Вандера физиология : Механизмы функции тела (11-е изд.). Бостон: Высшее образование МакГроу-Хилл.