Transmembraansed valgud: erinevus redaktsioonide vahel
Kruusamägi (arutelu | kaastöö) Resümee puudub |
Lisatud 1 allikale arhiivilink ja märgitud 0 mittetöötavaks.) #IABot (v2.0.9.5 |
||
(ei näidata 6 kasutaja 16 vahepealset redaktsiooni) | |||
1. rida: | 1. rida: | ||
[[Pilt:Polytopic membrane protein.png| |
[[Pilt:Polytopic membrane protein.png|pisi|Skemaatiline joonis erinevatest transmembraansetest valkudest. (1) Üksik transmembraanne alfaheeliks, (2) polütoopne transmembraanne alfaheeliks, (3) polütoopne transmembraanne beetasilinder]] |
||
'''Transmembraansed valgud''' on |
'''Transmembraansed valgud''' on [[integraalsed membraanivalgud]], mis läbivad [[rakumembraan]]i täies ulatuses. Nad koosnevad kolmest regioonist: rakuvälisest (ekstratsellulaarsest), membraanisisesest ja rakusisesest (intratsellulaarsest) [[domeen (struktuuribioloogia)|domeenist]].<ref name="sissejuhatus1" /> Neid valke saab üksteisest eristada struktuuri, N- ja C-terminaalsete otste positsiooni ja membraani läbimise viisi alusel<ref name="sissejuhatus2" />. |
||
Transmembraanseid valke iseloomustab kindel konformatsioon rakumembraani suhtes, mis sõltub valgu ülesandest ning [[Valgusüntees|sünteesi]] eripäradest. Nad võivad läbida membraani |
Transmembraanseid valke iseloomustab kindel konformatsioon rakumembraani suhtes, mis sõltub valgu ülesandest ning [[Valgusüntees|sünteesi]] eripäradest. Nad võivad läbida membraani üks või mitu korda. Kuigi transmembraansed valgud ei muuda suunda, võivad nad pöörelda ümber oma [[Telg|telje]], mis on kaksikmembraaniga risti (rotatsiooniline [[difusioon]]). Samuti võivad nad liikuda ka lateraalselt (lateraalne difusioon). Sellist nähtust täheldati esimesena inimese ja hiire heterokaarüonis.<ref name="sissejuhatus3" /> |
||
Selleks, et hoida tasakaalu rakumembraaniga, on transmembraansed valgud '''amfipaatsed''' – omavad nii [[Hüdrofoobsus|hüdrofoobseid]] kui ka [[Hüdrofiilsus|hüdrofiilseid]] komponente. Hüdrofoobsed osad on kontaktis membraanisisese osaga ning hüdrofiilsed osad rakuvälisega.<ref name="sissejuhatus3" /> |
Selleks, et hoida tasakaalu rakumembraaniga, on transmembraansed valgud '''amfipaatsed''' – omavad nii [[Hüdrofoobsus|hüdrofoobseid]] kui ka [[Hüdrofiilsus|hüdrofiilseid]] komponente. Hüdrofoobsed osad on kontaktis membraanisisese osaga ning hüdrofiilsed osad rakuvälisega.<ref name="sissejuhatus3" /> |
||
Transmembraansed valgud on enamiku elusolenditele elutähtsad ainete transportijatena ja info edastajatena, olles asendamatud elemendid organismi arengus, [[Hingamine|hingamises]], [[metabolism]]is, [[närvisüsteem]]i talitluses ja paljus muus.<ref name="sissejuhatus1" /> Transmembraansed valgud [[neureksiin]](NRXN) ja [[neuroligiin]](NLGN) moodustavad omavahel sideme, luues ja hoides parajat, sobivat vahemaad ka meie [[närvirakk]]ude vahel [[peaaju]]s, keemilistes [[sünaps]]ides. Väga väike, kuid kindel kaugus kahe neuroni vahel on hädavajalik [[närviimpulss|närviimpulsi]] [[virgatsaine]]te abil toimuvaks edasikandumiseks läbi sünapsi pilu. |
|||
== Ajalugu == |
== Ajalugu == |
||
Transmembraansed valgud on kergesti [[Agregatsioon|agregeeruvad]] ja [[Denaturatsioon|denatureeruvad]], enamjaolt |
Transmembraansed valgud on kergesti [[Agregatsioon|agregeeruvad]] ja [[Denaturatsioon|denatureeruvad]], enamjaolt kahemõõtmelised ja membraaniga tugevalt seotud, mistõttu on nende kristalliseerimine ja uurimine raskendatud. Märkimisväärsete avastuste tegemiseks on aga vaja tunda molekuli struktuuri piisavalt hästi.<ref name="ajalugu1" /> |
||
1975. aastal [[Sekveneerimine|sekveneeriti]] esimene integraalne valk, [[glükoforiin]]. Samal aastal suudeti esimest korda [[Elektronmikroskoop|elektronmikroskoobi]] abil tuvastada transmembraanse valgu, [[bakterirodopsiin]]i, [[ |
1975. aastal [[Sekveneerimine|sekveneeriti]] esimene integraalne valk, [[glükoforiin]]. Samal aastal suudeti esimest korda [[Elektronmikroskoop|elektronmikroskoobi]] abil tuvastada transmembraanse valgu, [[bakterirodopsiin]]i, [[alfaheeliks]]iline struktuur. See pani aluse paljudele uurimustele, mis keskendusid struktuuri ja funktsiooni vahelistele suhetele.<ref name="ajalugu2" /> |
||
Suurem läbimurre toimus 1984. aastal, kui J. Deisenhofer, H. Michel ja R. Huber suutsid Jim Alleni töö põhjal kristalliseerida [[fotosüntees]]i reaktsioonitsentri ''[[Rhodobacter sphaeroides]]''-e rakumembraanist. See võimaldas nende valkude struktuuri paremini mõista. Arvutiprogrammide abil üritati selgeks teha, milline osa valgust interakteerub membraanisisese osaga. Analüüsiti ka valgu [[Aminohapped|aminohappelist]] koostist. Selle tulemusena saadi parem ülevaade valk-membraan interaktsioonidest.<ref name="ajalugu3" |
Suurem läbimurre toimus 1984. aastal, kui J. Deisenhofer, H. Michel ja R. Huber suutsid Jim Alleni töö põhjal kristalliseerida [[fotosüntees]]i reaktsioonitsentri ''[[Rhodobacter sphaeroides]]''-e rakumembraanist. See võimaldas nende valkude struktuuri paremini mõista. Arvutiprogrammide abil üritati selgeks teha, milline osa valgust interakteerub membraanisisese osaga. Analüüsiti ka valgu [[Aminohapped|aminohappelist]] koostist. Selle tulemusena saadi parem ülevaade valk-membraan interaktsioonidest.<ref name="ajalugu3" /> |
||
Tänaseks on välja töötatud |
Tänaseks on välja töötatud uusi uurimimismeetodeid, mis teevad valkude vaatlemise hõlpsamaks. Hinnangute kohaselt moodustavad transmembraansed valgud umbes veerandi meie [[genoom]]i kodeeritud valkudest, [[ravim]]ite märklaudadeks on nendest aga üle poolte. Hoolimata sellest, on võrreldes lahustuvate valkudega neid uuritud vähe, mistõttu on tegu perspektiivika uurimisalaga.<ref name="ajalugu4" /> |
||
== Jaotus == |
== Jaotus == |
||
=== Struktuuripõhine jaotus === |
=== Struktuuripõhine jaotus === |
||
==== |
==== Alfaheeliksiline ehitus ==== |
||
Alfaheeliksid on sekundaarsed struktuurid, mida iseloomustab paremalt poolt rullumine või spiraalne konformatsioon ning milles iga selgroo moodustav N-H rühm loovutab [[vesinikside]]me C=O aminohappelisele rühmale<ref name="alfaheeliks1" />. |
|||
Alfaheelikseid leidub nii [[Bakterid|bakterite]] kui ka [[ |
Alfaheelikseid leidub nii [[Bakterid|bakterite]] kui ka [[eukarüoot]]ide sise- ja välismembraanides. |
||
Alfaheeliks on kõige levinum valgustruktuur transmembraansetes valkudes. Taoline [[Heeliks|helikaalne]] struktuur tasakaalustab kõik vesiniksidemed molekulisiseselt ning ei tekita polaarseid rühmi, mis hüdrofoobse rakumembraaniga reageeriksid. Antud valgud võivad olla läbi membraani ankurdatud ühe või enama heeliksi abil. Tuntud on näiteks seitsmeheeliksiline [[rodopsiin]] või [[G-valguga seotud retseptorid]].<ref name="sissejuhatus3" /> |
|||
==== |
==== Beetaheeliksiline ehitus ==== |
||
Beetasilindrite puhul on mitmed polüpeptiidide ahelad paigutunud beeta lehtedeks, mis on omakorda kokku rullunud, moodustades beetasilindri. Praeguseks on teada kaheksa kuni 22-ahelalised beetasilindrid, mis võivad olla nii [[monomeer]]id kui ka [[oligomeer]]id. Membraani läbiva beetasilindri valgud on vähem hüdrofoobsed kui alfaheeliksi valgud, mistõttu on mõlemal valgul välja arenenud erinevad pakkimismehhanismid ja membraani toimetamise viisid. Samuti erinevad ka nende funktsioonid ja põhilised esinemiskohad.<ref name="beeta1" /> Eelkõige on beetasilindrid levinud [[poriinid]]es, [[mitokonder|mitokondrite]] ja [[kloroplast]]ide membraanides ning paljudes bakterites. Lisaks ainete transpordile võivad beetasilindrid täita ka [[Retseptor (biokeemia)|retseptori]] rolli, viia läbi aktiivset ioontransporti, toimida ankrutena või kaitsta ründajavalkude eest.<ref name="sissejuhatus3" /> Näiteks on ''[[Soolekepike|E. coli]]'' OmpA valk kasutusel bakteriviiruse retseptorina<ref name="beeta2" />. On olemas ka väikseid beetasilindreid, mis on täidetud aminohappeahela kõrvalharudega, mis võivad käituda kui [[ensüüm]]id<ref name="sissejuhatus3" />. |
|||
=== Topoloogiline jaotus === |
=== Topoloogiline jaotus === |
||
Transmembraanse valgu [[topoloogia]] kirjeldab valgu N- ja C-terminaalsete domeenide asetust läbi bioloogilise membraani. Kõik |
Transmembraanse valgu [[topoloogia]] kirjeldab valgu N- ja C-terminaalsete domeenide asetust läbi bioloogilise membraani. Kõik beetasilinder transmembraansed valgud on kirjeldatavad lihtsa sisse-välja topoloogiaga. See viitab nende ühisele evolutsioonilisele seotusele ning funktsioonidele. |
||
Alfaheeliksilised transmembraansed valgud jaotuvad I, II, III ja IV tüüpi valkudeks. Esimesed kolm läbivad membraani kaksikkihti vaid ühe korra. I tüüpi transmembraansetel valkudel on sünteesi ajal N-terminaalne domeen suunatud [[Endoplasmaatiline retiikulum|endoplasmaatilise retiikulumi]] [[luumen]]i suunas. Nad kinnitatakse membraani külge ülekannet peatava ankurjärjestusega. II ja III tüüpi valgud kinnitatakse signaal-ankur järjestusega. II tüüpi valgul on endoplasmaatilise retiikulumi poole suunatud C-terminaalne domeen, III tüüpi valgul aga N-terminaalne domeen. IV tüüpi transmembraansed valgud läbivad membraani mitmeid kordi. Nad koosnevad IV-A ja IV-B subühikutest, mille N-terminaalsed domeenid osutavad eri suundadesse. Kõige kergem on nende valkude tüüpe määrata just translokatsiooni ajal ehk siis, kui neid membraani paigutatakse.<ref name="topoloogia1" /> |
|||
On olemas mitmeid [[ |
On olemas mitmeid [[andmebaas]]e, mis aitavad määrata transmembraansete valkude tüüpe, nagu Uniprot, OPM, TOPDB ja TOPCONS<ref name="topoloogia2" />. |
||
== Klassifikatsioon == |
== Klassifikatsioon == |
||
=== Kanalid ja poriinid === |
=== Kanalid ja poriinid === |
||
==== |
==== Alfahelikaalsed kanalid ja ioonkanalid ==== |
||
Need valgud on laialt levinud nii kõrgemates eukarüootides kui ka bakterites. Reeglina ei vaja nad lisaenergiat, et aineid transportida. |
Need valgud on laialt levinud nii kõrgemates eukarüootides kui ka bakterites. Reeglina ei vaja nad lisaenergiat, et aineid transportida. Alfahelikaalsed kanalid ja ioonkanalid koosnevad alfahelikaalsetest valkudest, kuid võivad sisaldada ka mõnda beetaahelat.<ref name="klass1" /> |
||
Siia rühma kuuluvad [[ |
Siia rühma kuuluvad [[ligand]]-reguleeritud kanalid ([[atsetüülkoliin]]i retseptor)<ref name="klass2" />, depolarisatsioon-reguleeritud kanalid (kaltsiumi aktiveeritud kloriidi kanal)<ref name="klass3" />, CorA metalliiooni transporterid<ref name="klass4" /> jne. |
||
==== Beetasilinderporiinid ==== |
|||
⚫ | Beetasilinderporiinid moodustavad membraani läbivaid poore, mis ei vaja energiat, et aineid läbi lasta. Koosnevad eksklusiivselt beetaahelatest, mis reeglina moodustavad beetasilindri. Esinevad peamiselt [[Mitokonder|mitokondrite]], [[plastiid]]ide ja [[Gramnegatiivsed bakterid|gramnegatiivsete bakterite]] membraanides.<ref name="klass1" /> |
||
==== Beeta-silinder poriinid ==== |
|||
⚫ | |||
==== Poore moodustavad toksiinid ==== |
==== Poore moodustavad toksiinid ==== |
||
Siia kuuluvad valgud ja peptiidid, mida toodab üks rakk, et sisestada need teise raku membraani. Poorid luuakse kas toksiliste vabade [[ |
Siia kuuluvad valgud ja peptiidid, mida toodab üks rakk, et sisestada need teise raku membraani. Poorid luuakse kas toksiliste vabade [[elektrolüüt]]ide abiga või rakku tapva või üle võtva valgu abil.<ref name="klass1" /> |
||
==== |
==== Mitteribosomaalselt sünteesitud kanalid ==== |
||
Mitteribosomaalselt sünteesitud kanalid moodustuvad L- ja D-aminohapetest ja muudest väikestest molekulidest ning loovad oligomeerseid transmembraanseid [[ioonkanal]]eid. Neid kasutavad osad bakterid ja seened.<ref name="klass1" /> |
|||
=== Elektrokeemilist potentsiaali rakendavad porterid === |
=== Elektrokeemilist potentsiaali rakendavad porterid === |
||
54. rida: | 54. rida: | ||
Need valgud võivad olla nii ioonkanalid kui ka kandjavalgud.<ref name="klass1" /> |
Need valgud võivad olla nii ioonkanalid kui ka kandjavalgud.<ref name="klass1" /> |
||
Uniporterid seonduvad ühe substraadimolekuliga korraga, transportides selle kontsentratsioonigradiendi suunas. Uniportereid võivad aktiveerida laeng, rõhk või ligandid. Eriti olulised on nad |
Uniporterid seonduvad ühe substraadimolekuliga korraga, transportides selle kontsentratsioonigradiendi suunas. Uniportereid võivad aktiveerida laeng, rõhk või ligandid. Eriti olulised on nad aktsioonipotentsiaali mehhanismis närvisüsteemis. Sümporterid lasevad läbi mitu molekuli korraga elektrokeemilise gradiendi suunas ning kontsentratsioonigradiendile vastu. Näiteks Na+/glükoosi sümporter võimaldab transportida glükoosi ka sinna, kus selle kontsentratsioon on kõrgem. Antiporter töötab analoogselt sümporterile, kuid transpordib eri aineid eri suundades.<ref name="klass6" /> |
||
=== Primaarsed aktiivsed transporterid === |
=== Primaarsed aktiivsed transporterid === |
||
{{vaata|Primaarsed aktiivsed transporterid}} |
|||
Primaarsed aktiivsed transporterid võimaldavad transportida aineid vastu kontsentratsioonigradienti. Nad saavad energia primaarsest energiaallikast (valgusenergia, keemiline energia, elektrienergia), mitte sekundaarsest ioongradiendist.<ref name="klass1" /> |
Primaarsed aktiivsed transporterid võimaldavad transportida aineid vastu kontsentratsioonigradienti. Nad saavad energia primaarsest energiaallikast (valgusenergia, keemiline energia, elektrienergia), mitte sekundaarsest ioongradiendist.<ref name="klass1" /> |
||
==== Difosfaatsideme hüdrolüüsist sõltuv transporter ==== |
==== Difosfaatsideme hüdrolüüsist sõltuv transporter ==== |
||
Need transporterid hüdrolüüsivad energia saamiseks [[ |
Need transporterid hüdrolüüsivad energia saamiseks [[adenosiintrifosfaat|ATP]] või mõne teise nukleosiidtrifosfaadi molekuli.<ref name="klass1" /> |
||
Difosaatsideme hüdrolüüsist sõltuv transporter on üks kõige levinumatest transporteritest. Näiteks Ca2+ ATPaas, mis aitab väljutada Ca2+ pärast lihase kontrakteerumist<ref name="klass5" |
Difosaatsideme hüdrolüüsist sõltuv transporter on üks kõige levinumatest transporteritest. Näiteks Ca2+ ATPaas, mis aitab väljutada Ca2+ pärast lihase kontrakteerumist<ref name="klass5" />. |
||
==== Oksüdoreduktsioonist sõltuv transporter ==== |
==== Oksüdoreduktsioonist sõltuv transporter ==== |
||
Oksüdoreduktsioonist sõltuvad transporterid saavad oma energia redutseeritud [[ |
Oksüdoreduktsioonist sõltuvad transporterid saavad oma energia redutseeritud [[substraat (biokeemia)|substraadilt]] oksüdeeritule liikuvast elektronide voost.<ref name="klass1" /> |
||
==== Valgusenergiast sõltuvad transporterid ==== |
==== Valgusenergiast sõltuvad transporterid ==== |
||
71. rida: | 72. rida: | ||
==== Dekarboksülatsioonist sõltuvad transporterid ==== |
==== Dekarboksülatsioonist sõltuvad transporterid ==== |
||
Dekarboksülatsioonist sõltuvad transporterid on [[ |
Dekarboksülatsioonist sõltuvad transporterid on [[prokarüoot]]idele omased transporterid, mis saavad oma energia teatud substraatide dekarboksülatsioonist.<ref name="klass1" /> |
||
== Viited == |
== Viited == |
||
{{viited|1=2|allikad= |
|||
{{Viited|2}} |
|||
<ref name="sissejuhatus1">T.A. Holme. [http://www.chemistryexplained.com/Te-Va/Transmembrane-Protein.html Transmembrane Protein] Loetud 29.10.2016.</ref> |
|||
<ref name="sissejuhatus2">AB Vectori koduleht. [http://www.abvector.com/TransmembraneProteins.htm Transmembrane proteins.] Loetud 29.10.2016</ref> |
|||
<ref name="sissejuhatus3">Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., ''et al.'' [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26878/ Molecular Biology of the Cell. 4th edition.] (2002)</ref> |
|||
<ref name="ajalugu1">Pollack, L. When Membrane Proteins Fuse with Computational Biology:A History. (2014) [http://www.ks.uiuc.edu/History/membrane/ http://www.ks.uiuc.edu/History/membrane/], Loetud 29.10.2016.</ref> |
|||
<ref name="ajalugu2">Buehler, L. K., Chronology of a Discovery. [http://www.whatislife.com/education/fact/history_table.html Key dates in cell membrane research compared with events in genetics and physiology] Loetud 29.10.2016.</ref> |
|||
<ref name="ajalugu3">Yeates Lab'i koduleht. [http://yeateslab.mbi.ucla.edu/?page_id=84 Early Structures of Transmembrane Proteins, Protein-Lipid Interactions, and Protein Electrostatics.] Loetud 30.10.2016.</ref> |
|||
<ref name="ajalugu4">Malkowski, M., Wiener, M. [https://www.urmc.rochester.edu/labs/Dumont-Lab/projects/structural_biology_of_transmembrane_proteins Structural Biology of Transmembrane Proteins.]{{Kõdulink|aeg=juuni 2022 |bot=InternetArchiveBot |paranduskatse=jah }}</ref> |
|||
<ref name="alfaheeliks1">Ophardt, C., E. [https://web.archive.org/web/20161121070906/http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/566secprotein.html Secondary Protein – Structure] (2003)</ref> |
|||
<ref name="beeta1">Tamm, L., , Heedeok, H., Liang, B. [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959440X00001202 Folding and assembly of β-barrel membrane proteins.] Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, Volume 1666, Issues 1–2, Lk 250–263 (2004)</ref> |
|||
<ref name="beeta2">Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., ''et al.'' [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26878/figure/A1898/?report=objectonly β barrels formed from different numbers of β strands.] Molecular Biology of the Cell. 4th edition. (2002)</ref> |
|||
<ref name="topoloogia1">von Heijne, G. [http://people.umass.edu/bioch623/623/Second.Section/11.%20vonheijne.pdf Membrane-protein topology.] Molecular Cell Biology, Volume 7. Lk 909–918. (2006)</ref> |
|||
<ref name="topoloogia2">TOPDOM koduleht. [http://topdom.enzim.hu/ http://topdom.enzim.hu/] Loetud 31.10.2016</ref> |
|||
<ref name="klass1">Milton H. Saier, Jr. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC98997/ A Functional-Phylogenetic Classification System for Transmembrane Solute Transporters.] Microbiol Mol Biol Rev. 64(2): Lk 354–411. (2000)</ref> |
|||
<ref name="klass2">OPM Database koduleht. [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=14 Pentameric ligand-gated ion channels.] Loetud 31.10.2016</ref> |
|||
<ref name="klass3">OPM Database koduleht. [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=10 Chloride transporter (ClC).] Loetud 31.10.2016</ref> |
|||
<ref name="klass4">OPM Database koduleht. [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=72 CorA metal ion transporters (MIT).] Loetud 31.10.2016</ref> |
|||
<ref name="klass6">Joyce J. Diwan. [https://web.archive.org/web/20161205042326/http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/carriers.htm Membrane Transport.] Loetud 31.10.2016</ref> |
|||
<ref name="klass5">OPM Database koduleht. [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=22 P-type ATPase (P-ATPase).] Loetud 31.10.2016</ref> |
|||
}} |
|||
[[Kategooria:Valgud]] |
[[Kategooria:Valgud]] |
Viimane redaktsioon: 21. august 2023, kell 02:42
Transmembraansed valgud on integraalsed membraanivalgud, mis läbivad rakumembraani täies ulatuses. Nad koosnevad kolmest regioonist: rakuvälisest (ekstratsellulaarsest), membraanisisesest ja rakusisesest (intratsellulaarsest) domeenist.[1] Neid valke saab üksteisest eristada struktuuri, N- ja C-terminaalsete otste positsiooni ja membraani läbimise viisi alusel[2].
Transmembraanseid valke iseloomustab kindel konformatsioon rakumembraani suhtes, mis sõltub valgu ülesandest ning sünteesi eripäradest. Nad võivad läbida membraani üks või mitu korda. Kuigi transmembraansed valgud ei muuda suunda, võivad nad pöörelda ümber oma telje, mis on kaksikmembraaniga risti (rotatsiooniline difusioon). Samuti võivad nad liikuda ka lateraalselt (lateraalne difusioon). Sellist nähtust täheldati esimesena inimese ja hiire heterokaarüonis.[3]
Selleks, et hoida tasakaalu rakumembraaniga, on transmembraansed valgud amfipaatsed – omavad nii hüdrofoobseid kui ka hüdrofiilseid komponente. Hüdrofoobsed osad on kontaktis membraanisisese osaga ning hüdrofiilsed osad rakuvälisega.[3]
Transmembraansed valgud on enamiku elusolenditele elutähtsad ainete transportijatena ja info edastajatena, olles asendamatud elemendid organismi arengus, hingamises, metabolismis, närvisüsteemi talitluses ja paljus muus.[1] Transmembraansed valgud neureksiin(NRXN) ja neuroligiin(NLGN) moodustavad omavahel sideme, luues ja hoides parajat, sobivat vahemaad ka meie närvirakkude vahel peaajus, keemilistes sünapsides. Väga väike, kuid kindel kaugus kahe neuroni vahel on hädavajalik närviimpulsi virgatsainete abil toimuvaks edasikandumiseks läbi sünapsi pilu.
Ajalugu
[muuda | muuda lähteteksti]Transmembraansed valgud on kergesti agregeeruvad ja denatureeruvad, enamjaolt kahemõõtmelised ja membraaniga tugevalt seotud, mistõttu on nende kristalliseerimine ja uurimine raskendatud. Märkimisväärsete avastuste tegemiseks on aga vaja tunda molekuli struktuuri piisavalt hästi.[4] 1975. aastal sekveneeriti esimene integraalne valk, glükoforiin. Samal aastal suudeti esimest korda elektronmikroskoobi abil tuvastada transmembraanse valgu, bakterirodopsiini, alfaheeliksiline struktuur. See pani aluse paljudele uurimustele, mis keskendusid struktuuri ja funktsiooni vahelistele suhetele.[5]
Suurem läbimurre toimus 1984. aastal, kui J. Deisenhofer, H. Michel ja R. Huber suutsid Jim Alleni töö põhjal kristalliseerida fotosünteesi reaktsioonitsentri Rhodobacter sphaeroides-e rakumembraanist. See võimaldas nende valkude struktuuri paremini mõista. Arvutiprogrammide abil üritati selgeks teha, milline osa valgust interakteerub membraanisisese osaga. Analüüsiti ka valgu aminohappelist koostist. Selle tulemusena saadi parem ülevaade valk-membraan interaktsioonidest.[6]
Tänaseks on välja töötatud uusi uurimimismeetodeid, mis teevad valkude vaatlemise hõlpsamaks. Hinnangute kohaselt moodustavad transmembraansed valgud umbes veerandi meie genoomi kodeeritud valkudest, ravimite märklaudadeks on nendest aga üle poolte. Hoolimata sellest, on võrreldes lahustuvate valkudega neid uuritud vähe, mistõttu on tegu perspektiivika uurimisalaga.[7]
Jaotus
[muuda | muuda lähteteksti]Struktuuripõhine jaotus
[muuda | muuda lähteteksti]Alfaheeliksiline ehitus
[muuda | muuda lähteteksti]Alfaheeliksid on sekundaarsed struktuurid, mida iseloomustab paremalt poolt rullumine või spiraalne konformatsioon ning milles iga selgroo moodustav N-H rühm loovutab vesiniksideme C=O aminohappelisele rühmale[8].
Alfaheelikseid leidub nii bakterite kui ka eukarüootide sise- ja välismembraanides.
Alfaheeliks on kõige levinum valgustruktuur transmembraansetes valkudes. Taoline helikaalne struktuur tasakaalustab kõik vesiniksidemed molekulisiseselt ning ei tekita polaarseid rühmi, mis hüdrofoobse rakumembraaniga reageeriksid. Antud valgud võivad olla läbi membraani ankurdatud ühe või enama heeliksi abil. Tuntud on näiteks seitsmeheeliksiline rodopsiin või G-valguga seotud retseptorid.[3]
Beetaheeliksiline ehitus
[muuda | muuda lähteteksti]Beetasilindrite puhul on mitmed polüpeptiidide ahelad paigutunud beeta lehtedeks, mis on omakorda kokku rullunud, moodustades beetasilindri. Praeguseks on teada kaheksa kuni 22-ahelalised beetasilindrid, mis võivad olla nii monomeerid kui ka oligomeerid. Membraani läbiva beetasilindri valgud on vähem hüdrofoobsed kui alfaheeliksi valgud, mistõttu on mõlemal valgul välja arenenud erinevad pakkimismehhanismid ja membraani toimetamise viisid. Samuti erinevad ka nende funktsioonid ja põhilised esinemiskohad.[9] Eelkõige on beetasilindrid levinud poriinides, mitokondrite ja kloroplastide membraanides ning paljudes bakterites. Lisaks ainete transpordile võivad beetasilindrid täita ka retseptori rolli, viia läbi aktiivset ioontransporti, toimida ankrutena või kaitsta ründajavalkude eest.[3] Näiteks on E. coli OmpA valk kasutusel bakteriviiruse retseptorina[10]. On olemas ka väikseid beetasilindreid, mis on täidetud aminohappeahela kõrvalharudega, mis võivad käituda kui ensüümid[3].
Topoloogiline jaotus
[muuda | muuda lähteteksti]Transmembraanse valgu topoloogia kirjeldab valgu N- ja C-terminaalsete domeenide asetust läbi bioloogilise membraani. Kõik beetasilinder transmembraansed valgud on kirjeldatavad lihtsa sisse-välja topoloogiaga. See viitab nende ühisele evolutsioonilisele seotusele ning funktsioonidele.
Alfaheeliksilised transmembraansed valgud jaotuvad I, II, III ja IV tüüpi valkudeks. Esimesed kolm läbivad membraani kaksikkihti vaid ühe korra. I tüüpi transmembraansetel valkudel on sünteesi ajal N-terminaalne domeen suunatud endoplasmaatilise retiikulumi luumeni suunas. Nad kinnitatakse membraani külge ülekannet peatava ankurjärjestusega. II ja III tüüpi valgud kinnitatakse signaal-ankur järjestusega. II tüüpi valgul on endoplasmaatilise retiikulumi poole suunatud C-terminaalne domeen, III tüüpi valgul aga N-terminaalne domeen. IV tüüpi transmembraansed valgud läbivad membraani mitmeid kordi. Nad koosnevad IV-A ja IV-B subühikutest, mille N-terminaalsed domeenid osutavad eri suundadesse. Kõige kergem on nende valkude tüüpe määrata just translokatsiooni ajal ehk siis, kui neid membraani paigutatakse.[11]
On olemas mitmeid andmebaase, mis aitavad määrata transmembraansete valkude tüüpe, nagu Uniprot, OPM, TOPDB ja TOPCONS[12].
Klassifikatsioon
[muuda | muuda lähteteksti]Kanalid ja poriinid
[muuda | muuda lähteteksti]Alfahelikaalsed kanalid ja ioonkanalid
[muuda | muuda lähteteksti]Need valgud on laialt levinud nii kõrgemates eukarüootides kui ka bakterites. Reeglina ei vaja nad lisaenergiat, et aineid transportida. Alfahelikaalsed kanalid ja ioonkanalid koosnevad alfahelikaalsetest valkudest, kuid võivad sisaldada ka mõnda beetaahelat.[13] Siia rühma kuuluvad ligand-reguleeritud kanalid (atsetüülkoliini retseptor)[14], depolarisatsioon-reguleeritud kanalid (kaltsiumi aktiveeritud kloriidi kanal)[15], CorA metalliiooni transporterid[16] jne.
Beetasilinderporiinid
[muuda | muuda lähteteksti]Beetasilinderporiinid moodustavad membraani läbivaid poore, mis ei vaja energiat, et aineid läbi lasta. Koosnevad eksklusiivselt beetaahelatest, mis reeglina moodustavad beetasilindri. Esinevad peamiselt mitokondrite, plastiidide ja gramnegatiivsete bakterite membraanides.[13]
Poore moodustavad toksiinid
[muuda | muuda lähteteksti]Siia kuuluvad valgud ja peptiidid, mida toodab üks rakk, et sisestada need teise raku membraani. Poorid luuakse kas toksiliste vabade elektrolüütide abiga või rakku tapva või üle võtva valgu abil.[13]
Mitteribosomaalselt sünteesitud kanalid
[muuda | muuda lähteteksti]Mitteribosomaalselt sünteesitud kanalid moodustuvad L- ja D-aminohapetest ja muudest väikestest molekulidest ning loovad oligomeerseid transmembraanseid ioonkanaleid. Neid kasutavad osad bakterid ja seened.[13]
Elektrokeemilist potentsiaali rakendavad porterid
[muuda | muuda lähteteksti]Uniporterid, sümporterid ja antiporterid
[muuda | muuda lähteteksti]Need valgud võivad olla nii ioonkanalid kui ka kandjavalgud.[13]
Uniporterid seonduvad ühe substraadimolekuliga korraga, transportides selle kontsentratsioonigradiendi suunas. Uniportereid võivad aktiveerida laeng, rõhk või ligandid. Eriti olulised on nad aktsioonipotentsiaali mehhanismis närvisüsteemis. Sümporterid lasevad läbi mitu molekuli korraga elektrokeemilise gradiendi suunas ning kontsentratsioonigradiendile vastu. Näiteks Na+/glükoosi sümporter võimaldab transportida glükoosi ka sinna, kus selle kontsentratsioon on kõrgem. Antiporter töötab analoogselt sümporterile, kuid transpordib eri aineid eri suundades.[17]
Primaarsed aktiivsed transporterid
[muuda | muuda lähteteksti]- Pikemalt artiklis Primaarsed aktiivsed transporterid
Primaarsed aktiivsed transporterid võimaldavad transportida aineid vastu kontsentratsioonigradienti. Nad saavad energia primaarsest energiaallikast (valgusenergia, keemiline energia, elektrienergia), mitte sekundaarsest ioongradiendist.[13]
Difosfaatsideme hüdrolüüsist sõltuv transporter
[muuda | muuda lähteteksti]Need transporterid hüdrolüüsivad energia saamiseks ATP või mõne teise nukleosiidtrifosfaadi molekuli.[13]
Difosaatsideme hüdrolüüsist sõltuv transporter on üks kõige levinumatest transporteritest. Näiteks Ca2+ ATPaas, mis aitab väljutada Ca2+ pärast lihase kontrakteerumist[18].
Oksüdoreduktsioonist sõltuv transporter
[muuda | muuda lähteteksti]Oksüdoreduktsioonist sõltuvad transporterid saavad oma energia redutseeritud substraadilt oksüdeeritule liikuvast elektronide voost.[13]
Valgusenergiast sõltuvad transporterid
[muuda | muuda lähteteksti]Valgusenergiast sõltuvad transporterid kasutavad energiaallikana valgusenergiat. Siia hulka kuuluvad fotosünteesi reaktsioonitsenter ning seene ja arhe rodopsiinid.[13]
Dekarboksülatsioonist sõltuvad transporterid
[muuda | muuda lähteteksti]Dekarboksülatsioonist sõltuvad transporterid on prokarüootidele omased transporterid, mis saavad oma energia teatud substraatide dekarboksülatsioonist.[13]
Viited
[muuda | muuda lähteteksti]- ↑ 1,0 1,1 T.A. Holme. Transmembrane Protein Loetud 29.10.2016.
- ↑ AB Vectori koduleht. Transmembrane proteins. Loetud 29.10.2016
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. (2002)
- ↑ Pollack, L. When Membrane Proteins Fuse with Computational Biology:A History. (2014) http://www.ks.uiuc.edu/History/membrane/, Loetud 29.10.2016.
- ↑ Buehler, L. K., Chronology of a Discovery. Key dates in cell membrane research compared with events in genetics and physiology Loetud 29.10.2016.
- ↑ Yeates Lab'i koduleht. Early Structures of Transmembrane Proteins, Protein-Lipid Interactions, and Protein Electrostatics. Loetud 30.10.2016.
- ↑ Malkowski, M., Wiener, M. Structural Biology of Transmembrane Proteins.[alaline kõdulink]
- ↑ Ophardt, C., E. Secondary Protein – Structure (2003)
- ↑ Tamm, L., , Heedeok, H., Liang, B. Folding and assembly of β-barrel membrane proteins. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, Volume 1666, Issues 1–2, Lk 250–263 (2004)
- ↑ Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. β barrels formed from different numbers of β strands. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. (2002)
- ↑ von Heijne, G. Membrane-protein topology. Molecular Cell Biology, Volume 7. Lk 909–918. (2006)
- ↑ TOPDOM koduleht. http://topdom.enzim.hu/ Loetud 31.10.2016
- ↑ 13,00 13,01 13,02 13,03 13,04 13,05 13,06 13,07 13,08 13,09 Milton H. Saier, Jr. A Functional-Phylogenetic Classification System for Transmembrane Solute Transporters. Microbiol Mol Biol Rev. 64(2): Lk 354–411. (2000)
- ↑ OPM Database koduleht. Pentameric ligand-gated ion channels. Loetud 31.10.2016
- ↑ OPM Database koduleht. Chloride transporter (ClC). Loetud 31.10.2016
- ↑ OPM Database koduleht. CorA metal ion transporters (MIT). Loetud 31.10.2016
- ↑ Joyce J. Diwan. Membrane Transport. Loetud 31.10.2016
- ↑ OPM Database koduleht. P-type ATPase (P-ATPase). Loetud 31.10.2016