5.9: Wprowadzenie do białek błonowych

Błona komórkowa, czyli błona plazmatyczna, to stale zmieniający się krajobraz. Opisywana jest jako płynna mozaika, w której różne makrocząsteczki są osadzone w dwuwarstwie fosfolipidowej. Do makrocząsteczek zaliczają się białka. Zawartość białka jest różna w zależności od typu komórek. Na przykład wewnętrzne błony mitochondriów zawierają ~76% białka, podczas gdy mielina zawiera ~18% białka. Poszczególne komórki zawierają wiele rodzajów białek błonowych — czerwone krwinki zawierają ich ponad 50 — a różne typy komórek mają różne zestawy białek błonowych.

Białka błonowe pełnią wszechstronne funkcje. Mogą to być na przykład kanały lub nośniki transportujące substancje, enzymy pełniące rolę metaboliczną lub receptory wiążące się z przekaźnikami chemicznymi. Podobnie jak lipidy błonowe, większość białek błonowych zawiera regiony hydrofilowe (przyciągające wodę) i hydrofobowe (odpychające wodę). Obszary hydrofilowe są wystawione na działanie obszarów zawierających wodę wewnątrz komórki, na zewnątrz komórki lub obu. Regiony hydrofobowe zwrócone są w stronę hydrofobowych ogonów fosfolipidów w dwuwarstwie błony.

Białka błonowe można klasyfikować według tego, czy są osadzone (integralne), czy też związane z błoną komórkową (obwodowe). Większość białek integralnych to białka transbłonowe, które przechodzą przez obie warstwy fosfolipidów i obejmują całą błonę. Ich regiony hydrofilowe rozciągają się po obu stronach błony, zwrócone w stronę cytozolu z jednej strony i płynu pozakomórkowego z drugiej. Natomiast regiony hydrofobowe składają się ze zwiniętych grup aminokwasów (α-helisy lub β-beczki). Integralne białka monotopowe są przyłączone tylko do jednej strony błony.

Białka obwodowe nie są osadzone w dwuwarstwie fosfolipidowej i nie sięgają do jej hydrofobowego rdzenia. Zamiast tego tymczasowo przylegają do zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni błony, przyłączone do integralnych białek lub fosfolipidów. Białka błonowe wystające z zewnętrznej powierzchni komórki często przenoszą łańcuchy węglowodanowe, tworząc glikoproteiny. Niektóre glikoproteiny ułatwiają rozpoznawanie komórek, działając jako "znaczniki identyfikacyjne", które mogą być rozpoznawane przez białka błonowe innych komórek.

Białka błonowe dzielą się na dwie główne kategorie - obwodowe i integralne.

Białka obwodowe łączą się z głowami fosfolipidów lub domenami hydrofilowymi białek integralnych w oddziaływaniach niekowalencyjnych.

Wiele białek obwodowych uczestniczy w kaskadach sygnalizacji komórkowej, ponieważ mogą łatwo odłączyć się od błony. Inne białka obwodowe łączą błonę z cytoszkieletem, zapewniając wsparcie strukturalne

Białka integralne to cząsteczki amfipatyczne, których hydrofilowe regiony są skierowane w stronę cytoplazmy lub płynu zewnątrzkomórkowego i domeny hydrofobowej osadzonej w ogonach fosfolipidowych.

Białka transbłonowe to rodzaj integralnego białka, które obejmuje całą błonę plazmatyczną. Często odgrywają ważne role w komórce, w tym służą jako transportery, enzymy i receptory.

Części tych białek obejmujące błonę mogą być pojedynczą helisą alfa, wieloma helisami alfa lub większą beczką beta, która ma pory przez środek.

Białka zakotwiczone w lipidach mają przyłączone łańcuchy lipidowe, które mocują je do błony.