Dominio transmembrana
Un dominio transmembrana (TMD) es un dominio proteico que atraviesa la membrana . Los TMD pueden constar de una o varias hélices alfa o un barril beta transmembrana . Debido a que el interior de la bicapa lipídica es hidrófobo , los residuos de aminoácidos en los TMD suelen ser hidrófobos, aunque las proteínas como las bombas de membrana y los canales iónicos pueden contener residuos polares. Los TMD varían mucho en tamaño e hidrofobicidad ; pueden adoptar propiedades específicas de los orgánulos. [1]
Funciones de los dominios transmembrana
Se sabe que los dominios transmembrana realizan diversas funciones, entre ellas:
- Anclaje de proteínas transmembrana a la membrana.
Un receptor AMPA anclado a la membrana por su dominio transmembrana. - Facilitar el transporte molecular de moléculas como iones y proteínas a través de las membranas biológicas ; generalmente, los residuos hidrófilos y los sitios de unión en los TMD ayudan en este proceso.
- Transducción de señales a través de la membrana: muchas proteínas transmembrana, como los receptores acoplados a la proteína G , reciben señales extracelulares. Los receptores transmembrana luego propagan esas señales a través de la membrana para inducir un efecto intracelular.
- Ayudan en la fusión de vesículas ; la función de los TMD no se entiende bien, pero se ha demostrado que son fundamentales para la reacción de fusión, posiblemente como resultado de que los TMD afectan la tensión de la bicapa lipídica. [2]
- Mediación del transporte y la clasificación de proteínas transmembrana; se ha demostrado que los TMD funcionan en conjunto con las señales de clasificación citosólicas, siendo la longitud y la hidrofobicidad los principales determinantes en la clasificación TDM. Los TMD más largos e hidrofóbicos ayudan a clasificar las proteínas en la membrana celular, mientras que los TMD más cortos y menos hidrofóbicos se utilizan para retener las proteínas en el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi . El mecanismo exacto de este proceso aún se desconoce. [3]
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Identificación de hélices transmembrana
Las hélices transmembrana son visibles en las estructuras de las proteínas de membrana determinadas por difracción de rayos X. También se pueden predecir sobre la base de escalas de hidrofobicidad . Debido a que el interior de la bicapa y el interior de la mayoría de las proteínas de estructura conocida son hidrófobos , se supone que es un requisito de los aminoácidos que atraviesan una membrana que también sean hidrófobos. Sin embargo, las bombas de membrana y los canales iónicos también contienen numerosos residuos cargados y polares dentro de los segmentos transmembrana generalmente no polares.
El uso del "análisis de hidrofobicidad" para predecir hélices transmembrana permite a su vez predecir la "topología transmembrana" de una proteína; es decir, predecir qué partes de ella sobresalen dentro de la célula, qué partes sobresalen y cuántas veces la cadena de proteína cruza la membrana.
Las hélices transmembrana también se pueden identificar in silico utilizando la herramienta bioinformática TMHMM. [4]
El papel de la biogénesis de las proteínas de membrana y los factores de control de calidad
Dado que la traducción de proteínas se produce en el citosol (un entorno acuoso ), se requieren factores que reconozcan los TMD y los protejan en este entorno hostil. También se requieren factores adicionales que permitan que los TMD se incorporen a la membrana diana (es decir, el retículo endoplasmático u otros orgánulos). [5] Los factores también detectan el plegamiento incorrecto de los TMD dentro de la membrana y realizan funciones de control de calidad. Estos factores deben poder reconocer un conjunto altamente variable de TMD y pueden segregarse en aquellos activos en el citosol o activos en la membrana. [5]
Factores de reconocimiento citosólico
Se cree que los factores de reconocimiento citosólico utilizan dos estrategias distintas. [5] En la estrategia co-traduccional, el reconocimiento y la protección están acoplados a la síntesis de proteínas. Los estudios de asociación de todo el genoma indican que la mayoría de las proteínas de membrana que se dirigen al retículo endoplásmico son manejadas por la partícula de reconocimiento de señal que está unida al túnel de salida ribosómico e inicia el reconocimiento y la protección a medida que se traduce la proteína. La segunda estrategia involucra proteínas ancladas a la cola, definidas por un solo TMD ubicado cerca del extremo carboxilo terminal de la proteína de membrana. Una vez que se completa la traducción, el TMD anclado a la cola permanece en el túnel de salida ribosómico y una ATPasa media la orientación al retículo endoplásmico. Ejemplos de factores de transporte incluyen TRC40 en eucariotas superiores y Get3 en levadura. Además, los factores generales de unión a TMD protegen contra la agregación y otras interacciones disruptivas. SGTA y calmodulina son dos factores generales de unión a TMD bien conocidos. El control de calidad de las proteínas de membrana implica factores de unión a TMD que están vinculados al sistema de ubiquitinación del proteasoma .
Factores de reconocimiento de membrana
Una vez transportados, los factores ayudan con la inserción del TMD a través del grupo de "cabeza" de fosfato de la capa hidrófila de la membrana de fosfolípidos . [5] Los factores de control de calidad deben poder discernir la función y la topología, así como facilitar la extracción al citosol. La partícula de reconocimiento de señales transporta proteínas de membrana al canal de translocación Sec , posicionando el túnel de salida del ribosoma proximal al poro central del translocón y minimizando la exposición del TMD al citosol. Las insertasas también pueden mediar la inserción del TMD en la bicapa lipídica . Las insertasas incluyen la bacteriana YidC, la mitocondrial Oxa1 y la cloroplasto Alb3, todas las cuales están relacionadas evolutivamente . Las familias de enzimas conservadas Hrd1 y Derlin son ejemplos de factores de control de calidad unidos a la membrana.
Ejemplos
- Las tetraspaninas tienen 4 dominios transmembrana conservados.
- Las proteínas del locus o ( mlo ) del moho tienen siete dominios transmembrana conservados que codifican hélices alfa. [6]
Referencias
- ^ Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002). "Proteínas de membrana". Biología molecular de la célula. Cuarta edición .
- ^ Langosch, D.; Hofmann, M.; Ungermann, C. (abril de 2007). "El papel de los dominios transmembrana en la fusión de membranas". Ciencias de la vida celular y molecular . 64 (7–8): 850–864. doi :10.1007/s00018-007-6439-x. ISSN 1420-682X. PMC 11136198 . PMID 17429580. S2CID 23714815.
- ^ Cosson, Pierre; Perrin, Jackie; Bonifacino, Juan S. (1 de octubre de 2013). "Los anclajes se mueven: localización y transporte de proteínas mediado por dominios transmembrana". Tendencias en biología celular . 23 (10): 511–517. doi :10.1016/j.tcb.2013.05.005. ISSN 0962-8924. PMC 3783643 . PMID 23806646.
- ^ Krogh A, Larsson B, von Heijne G, Sonnhammer EL (enero de 2001). "Predicción de la topología de proteínas transmembrana con un modelo oculto de Markov: aplicación a genomas completos". Journal of Molecular Biology . 305 (3): 567–80. doi :10.1006/jmbi.2000.4315. PMID 11152613.
- ^ abcd Guna, Alina; Hegde, Ramanujan S. (23 de abril de 2018). "Reconocimiento del dominio transmembrana durante la biogénesis de proteínas de membrana y control de calidad". Current Biology . 28 (8): R498–R511. doi : 10.1016/j.cub.2018.02.004 . ISSN 1879-0445. PMID 29689233. S2CID 13839449.
- ^ Devoto A, Hartmann HA, Piffanelli P, Elliott C, Simmons C, Taramino G, et al. (enero de 2003). "Filogenia molecular y evolución de la familia MLO de siete transmembranas específica de plantas". Journal of Molecular Evolution . 56 (1): 77–88. Bibcode :2003JMolE..56...77D. doi :10.1007/s00239-002-2382-5. PMID 12569425. S2CID 25514671.