12.10: Single-Pass-Transmembranproteine

Integrale Membranproteine sind eng mit der Zellmembran verbunden und spielen eine entscheidende Rolle bei der Zellkommunikation, der Signalübertragung, der Adhäsion und dem Transport der Moleküle. Einige integrale Membranproteine sind nur in der Membranmonoschicht vorhanden. Zum Beispiel liegt das Enzym Fettsäureamidhydrolase in der zytoplasmatischen Seite der Membranmonoschicht vor. Im Gegensatz dazu erstreckt sich eine andere Art von integralem Membranprotein, auch Transmembranprotein genannt, über die Membran. Transmembranproteine enthalten die zytoplasmatische, die transmembranische und die exoplasmatische Domäne. Proteine, die nur in die Membran eingebettet sind, ohne eine exoplasmatische oder zytoplasmatische Domäne zu haben, sind bisher nicht entdeckt.

Single-Pass-Membranproteine, wie die Rezeptor-Tyrosinkinase, enthalten nur eine Transmembran- α-Helix-Domäne. In den meisten Membranproteinen ist die Transmembrandomäne α-helix, die etwa 20-30 unpolare Aminosäuren enthält. Diese charakteristische Aminosäuresequenz in der α-Helix der Transmembranproteine wird verwendet, um die potentiellen Transmembrandomänen in einem Protein mit Hilfe des Hydropathie-Plots zu identifizieren. Die freie Energie, die erforderlich ist, um eine Aminosäure von einem wässrigen in ein Lipidmedium zu übertragen, wird zur Erstellung des Hydropathie-Diagramms verwendet. Die durchschnittlichen Energiewerte der Polypeptidsegmente geben Aufschluss über potentielle Transmembrandomänen, die in einem Protein vorhanden sind. Ein Hydropathie-Diagramm kann dabei helfen, zu identifizieren, ob es sich bei einem bestimmten Protein um ein Single-Pass- oder Multi-Pass-Membranprotein handelt.

Transmembranproteine spielen eine wesentliche Rolle bei der Interaktion einer Zelle mit der extrazellulären Umgebung. Daher sind Transmembranproteine das Ziel für mehr als 50% der verfügbaren Medikamente und von großer pharmakologischer Bedeutung. Ein besseres Wissen über die Struktur und Funktion von Transmembranproteinen kann helfen, die Pathogenese verschiedener Krankheiten und die entsprechende Wirkstoffforschung zu verstehen.