Back to chapter

5.9:

קישורי חלבון

JoVE Core
Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Biology
Introduction to Membrane Proteins

Languages

Share

חלבונים בקרום התא הינם קריטיים לתפקוד תא רגיל, וחלבוני הקרום מתחלקים לשתי קטגוריות עיקריות. חלבונים אינטגרלים חודרים באופן חלקי או מלא דרך הקרום, או במקרים מסוימים נקשרים חזק מאוד לחלבון אינטגרלי נוסף. חלבונים פריפראליים לא חוצים את הקרום, אלא מקושרים לקרום באינטראקציות חלשות יותר עם חלבונים אינטגרלים.חלבונים אינטגרלים הם בדרך כלל מולקולות אמפיפטיות. פירוש הדבר שהם מכילים אזורים הידרופיליים, שנמשכים למים, ואזורים הידרופוביים, שדוחים מים. האזורים ההידרופיליים של חלבון אינטגרלי הם בכוון החלק החיצוני של קרום התא, ופונים או אל הציטופלזמה שבתוך התא או אל הנוזל החוץ-תאי שבחוץ, בעוד האזורים ההידרופוביים נמצאים בקרבת הזנבות הליפידיים של הדו-שכבה הפוספוליפידית.חלבונים טראנסממברנלים, אחד מסוגי חלבון אינטגרלי המשתרע על כל קרום התא, הם לרוב בעלי תפקידים חשובים כנשאים של מולקולות או יונים דרך הקרום, או כקולטנים היוזמים מעבר מוגבר של אותות בתוך התא. חלק החלבון העובר דרך הקרום יכול להיות סליל אלפא יחיד, מספר רב של סלילי אלפא, או חבית בטא גדולה יותר בעלת נקבובית. לחלק מהחלבונים יש גם שרשרת ליפידית כדי לסייע בעגינה לקרום.חלבונים פריפריאליים מקיימים אינטראקציה עם הקרום על-ידי יצירת קשר עם חלבונים אינטגרלים, או על-ידי יצירת קשר עם מבנים אחרים הנמצאים בקרום. לרוב יש להם תפקידים חשובים בהעברת אותות בתוך התא, כך שהם צריכים להתנתק בקלות כדי לבצע את תפקידם.

5.9:

קישורי חלבון

The cell membrane—or plasma membrane—is an ever-changing landscape. It is described as a fluid mosaic as various macromolecules are embedded in the phospholipid bilayer. Among the macromolecules are proteins. The protein content varies across cell types. For example, mitochondrial inner membranes contain ~76%, while myelin contains ~18% protein content. Individual cells contain many types of membrane proteins—red blood cells contain over 50—and different cell types harbor distinct membrane protein sets.

Membrane proteins have wide-ranging functions. For example, they can be channels or carriers that transport substances, enzymes with metabolic roles, or receptors that bind to chemical messengers.

Like membrane lipids, most membrane proteins contain hydrophilic (water-loving) and hydrophobic (water-fearing) regions. The hydrophilic areas are exposed to water-containing solution inside the cell, outside the cell, or both. The hydrophobic regions face the hydrophobic tails of phospholipids within the membrane bilayer.

Membrane proteins can be classified by whether they are embedded (integral) or associated with the cell membrane (peripheral).

Most integral proteins are transmembrane proteins, which traverse both phospholipid layers, spanning the entire membrane. Their hydrophilic regions extend from both sides of the membrane, facing cytosol on one side and extracellular fluid on the other. Their hydrophobic regions consist of coiled amino acid groups (α-helices or β-barrels). Integral monotopic proteins are attached to only one side of the membrane.

Peripheral proteins are not embedded in the phospholipid bilayer and do not extend into its hydrophobic core. Instead, they temporarily adhere to the outer or inner surfaces of the membrane, attached to integral proteins or phospholipids.

Membrane proteins that extend from a cell’s external surface often carry carbohydrate chains, forming glycoproteins. Some glycoproteins facilitate cell-cell recognition by functioning as “ID tags” that can be recognized by membrane proteins of other cells.

Suggested Reading

  1. Vinothkumar, K.R., Henderson, R. Structures of Membrane Proteins. Quarterly Reviews of Biophysics. 43 (1), 65-158 (2010).
  2. Ferris, S.P., Kodali, V.K., Kaufman, R.J. Glycoprotein Folding and Quality-Control Mechanisms in Protein-Folding Diseases. Disease Models & Mechanisms. 7 (3), 331-341 (2014).
  3. Lomize, A.L, Pogozheva, I.R. Lomize, M.A., Mosberg, H.I. The Role of Hydrophobic Interactions in Positioning of Peripheral Proteins in Membranes. BMC Structural Biology. 7, 44 (2007).