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Dominio transmembrana

Un dominio transmembrana ( TMD , dominio TM ) es un dominio proteico que atraviesa la membrana . Los TMD pueden constar de una o varias hélices alfa o de un barril beta transmem...

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Un dominio transmembrana ( TMD , dominio TM ) es un dominio proteico que atraviesa la membrana . Los TMD pueden constar de una o varias hélices alfa o de un barril beta transmembrana . Debido a que el interior de la bicapa lipídica es hidrofóbico , los residuos de aminoácidos en los TMD suelen ser hidrofóbicos, aunque 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 cada orgánulo. [ 1 ]

Funciones de los dominios transmembrana

Se sabe que los dominios transmembrana desempeñan diversas funciones. Estas incluyen:

  • Anclaje de proteínas transmembrana a la membrana.
    Un receptor AMPA anclado a la membrana por su dominio transmembrana.
  • Facilitan el transporte molecular de moléculas como iones y proteínas a través de las membranas biológicas ; por lo general, los residuos hidrofílicos y los sitios de unión en los dominios transmembrana ayudan en este proceso.
  • Transducción de señales a través de la membrana; muchas proteínas transmembrana, como los receptores acoplados a proteínas G , reciben señales extracelulares. Los dominios transmembrana (TMD) propagan esas señales a través de la membrana para inducir un efecto intracelular.
  • Ayudando en la fusión de vesículas ; la función de los TMD no se comprende bien, pero se ha demostrado que son críticos para la reacción de fusión, posiblemente como resultado de que los TMD afectan la tensión de la bicapa lipídica. [ 2 ]
  • Los dominios transmembrana (TMD) median el transporte y la clasificación de proteínas transmembrana, y se ha demostrado que funcionan en conjunto con las señales de clasificación citosólicas, siendo la longitud y la hidrofobicidad los principales determinantes en la clasificación mediada por TMD. Los TMD más largos e hidrofóbicos ayudan a clasificar las proteínas hacia 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 ]

Identificación de hélices transmembrana

Las hélices transmembrana son visibles en las estructuras de las proteínas de membrana determinadas por difracción de rayos X. También pueden predecirse a partir de escalas de hidrofobicidad . Dado que el interior de la bicapa lipídica y el interior de la mayoría de las proteínas de estructura conocida son hidrofóbicos , se presume que los aminoácidos que atraviesan la membrana también deben serlo. Sin embargo, las bombas de membrana y los canales iónicos también contienen numerosos residuos cargados y polares dentro de los segmentos transmembrana, que generalmente no son polares.

El uso del "análisis de hidrofobicidad" para predecir las hélices transmembrana permite, a su vez, predecir la "topología transmembrana" de una proteína; es decir, predecir qué partes de ella sobresalen hacia el interior de la célula, qué partes sobresalen hacia el exterior y cuántas veces la cadena proteica cruza la membrana.

Las hélices transmembrana también pueden identificarse 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 ocurre en el citosol (un entorno acuoso ), se requieren factores que reconozcan el dominio transmembrana (TMD) y lo protejan en este entorno hostil. También se requieren factores adicionales que permitan la incorporación del TMD a la membrana diana (es decir, el retículo endoplasmático u otros orgánulos). [ 5 ] Estos factores también detectan el plegamiento incorrecto del TMD dentro de la membrana y realizan funciones de control de calidad. Dichos factores deben ser capaces de reconocer un conjunto altamente variable de TMD y pueden clasificarse en aquellos activos en el citosol o activos en la membrana. [ 5 ]

Factores de reconocimiento citosólicos

Se cree que los factores de reconocimiento citosólicos utilizan dos estrategias distintas. [ 5 ] En la estrategia cotraduccional, 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 dirigidas al retículo endoplasmático son manejadas por la partícula de reconocimiento de señal , que se une al túnel de salida ribosomal e inicia el reconocimiento y la protección a medida que la proteína se traduce. La segunda estrategia involucra proteínas ancladas por la cola, definidas por un único TMD ubicado cerca del extremo carboxilo de la proteína de membrana. Una vez completada la traducción, el TMD anclado por la cola permanece en el túnel de salida ribosomal, y una ATPasa media la dirección al retículo endoplasmático. Ejemplos de factores de transporte incluyen TRC40 en eucariotas superiores y Get3 en levaduras. 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 hidrofílica de la membrana fosfolipídica . [ 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 señal 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 cloroplastídica 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

Referencias

  1. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). "Proteínas de membrana" . Biología molecular de la célula (4.ª  ed.).
  2. ↑ Langosch D, Hofmann M, Ungermann C (abril de 2007). "El papel de los dominios transmembrana en la fusión de membranas" . Cellular and Molecular Life Sciences . 64 ( 7–8 ): 850–864 . doi : 10.1007/s00018-007-6439-x . PMC 11136198. PMID 17429580. S2CID 23714815 .   
  3. ↑ Cosson P, Perrin J, Bonifacino JS (octubre de 2013). "Anclas arriba: localización y transporte de proteínas mediado por dominios transmembrana" . Trends in Cell Biology . 23 (10): 511– 517. doi : 10.1016/j.tcb.2013.05.005 . PMC 3783643. PMID 23806646 .  
  4. ↑ 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– 580. doi : 10.1006/jmbi.2000.4315 . PMID 11152613 . 
  5. 1 2 3 4 Guna A, Hegde RS (abril de 2018). "Reconocimiento del dominio transmembrana durante la biogénesis y el control de calidad de las proteínas de membrana" . Current Biology . 28 (8): R498– R511. doi : 10.1016/j.cub.2018.02.004 . PMID 29689233. S2CID 13839449 .  
  6. ↑ 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 dominios transmembrana 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 .