Peripherische Membranenproteine sind Proteine, die nur provisorisch an der biologischen Membran kleben, mit der sie vereinigt werden. Diese Moleküle haften integrierten Membranenproteinen an, oder dringen in die Randregionen des lipid bilayer ein. Die Durchführungsprotein-Subeinheiten von vielen Ion-Kanälen und transmembrane Empfängern können zum Beispiel als peripherische Membranenproteine definiert werden. Im Gegensatz zu integrierten Membranenproteinen neigen peripherische Membranenproteine dazu, sich im wasserlöslichen Bestandteil oder Bruchteil aller während eines Protein-Reinigungsverfahrens herausgezogenen Proteine zu versammeln. Proteine mit GPI Ankern sind eine Ausnahme zu dieser Regel und können denjenigen von integrierten Membranenproteinen ähnliche Reinigungseigenschaften haben.

Die umkehrbare Verhaftung von Proteinen zu biologischen Membranen hat sich gezeigt, um Zellnachrichtenübermittlung und viele andere wichtige Zellereignisse durch eine Vielfalt von Mechanismen zu regeln.

Zum Beispiel kann die nahe Vereinigung zwischen vielen Enzymen und biologischen Membranen ihnen in die nächste Nähe mit ihrem lipid Substrat (En) bringen.

Membranenschwergängigkeit kann auch Neuordnung, Trennung oder Conformational-Änderungen innerhalb vieler Protein Strukturgebiete fördern, auf eine Aktivierung ihrer biologischen Tätigkeit hinauslaufend.

Zusätzlich, die Positionierung von vielen Proteinen werden entweder zu den inneren oder zu Außenoberflächen oder Flugblättern ihrer Residentmembran lokalisiert.

Das erleichtert den Zusammenbau von Mehrprotein-Komplexen durch die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit irgendwelcher passenden Wechselwirkungen des Protein-Proteins.

1. die Wechselwirkung durch einen amphipathic α-helix passt zum Membranenflugzeug (instufigem Membranenspirale) an

2. Wechselwirkung durch eine hydrophobe Schleife

3. die Wechselwirkung durch einen covalently hat Membran lipid (lipidation) gebunden

4. elektrostatische oder ionische Wechselwirkungen mit der Membran lipids (z.B durch ein Kalzium-Ion) </klein>]]

Schwergängigkeit von peripherischen Proteinen zum lipid bilayer

Peripherische Membranenproteine können mit anderen Proteinen oder direkt mit dem lipid bilayer aufeinander wirken. Im letzten Fall sind sie dann als amphitropic Proteine bekannt.

Einige Proteine, wie G-Proteine und bestimmtes Protein kinases, wirken mit transmembrane Proteinen und dem lipid bilayer gleichzeitig aufeinander. Einige polypeptide Hormone, antimikrobischer peptides und neurotoxins wachsen an der Membranenoberfläche vor dem Auffinden an und mit ihren Zelloberflächenempfänger-Zielen aufeinander zu wirken, die selbst peripherische Membranenproteine sein können.

Der phospholipid bilayer, der die Zelloberflächenmembran bildet, besteht aus einem hydrophoben inneren Kerngebiet, das zwischen zwei Gebieten von hydrophilicity, ein an der inneren Oberfläche und ein an der Außenoberfläche der Zellmembran eingeschoben ist (sieh lipid bilayer Artikel für eine ausführlichere Strukturbeschreibung der Zellmembran). Wie man gezeigt hat, haben die inneren und Außenoberflächen oder Zwischengesichtsgebiete, des Modells phospholipid bilayers eine Dicke von ungefähr 8 bis 10 Å gehabt, obwohl das in biologischen Membranen breiter sein kann, die große Beträge von gangliosides oder lipopolysaccharides einschließen.

Das hydrophobe innere Kerngebiet von typischen biologischen Membranen kann eine Dicke von ungefähr 27 bis 32 Å, wie geschätzt, durch das Kleine Winkelröntgenstrahl-Zerstreuen (SAXS) haben.

Das Grenzgebiet zwischen dem hydrophoben inneren Kern und die wasserquellfähigen Zwischengesichtsgebiete, sind um 3Å sehr schmal, (sieh lipid bilayer Artikel für eine Beschreibung seiner chemischen Teilgruppen). Nach außen vom hydrophoben Kerngebiet und ins wasserquellfähige Zwischengesichtsgebiet abrückend, ändert sich die wirksame Konzentration von Wasser schnell über diese Grenzschicht, von fast der Null bis eine Konzentration ungefähr 2M.

Die Phosphatgruppen innerhalb von phospholipid bilayers werden völlig hydratisiert oder mit Wasser gesättigt und sind ungefähr 5 Å außerhalb der Grenze des hydrophoben Kerngebiets gelegen (sieh Abbildungen).

Ein wasserlöslicher Protein-Partner mit lipid bilayers irreversibel und kann sich transmembrane mit dem Alpha spiralenförmig oder Kanäle des Beta-Barrels formen. Solche Transformationen kommen in Porenformen-Toxinen wie colicin A, Alpha-hemolysin und andere vor. Sie können auch in BcL-2 wie Protein, in einem amphiphilic antimikrobischen peptides, und in bestimmtem annexins vorkommen. Diese Proteine werden gewöhnlich als peripherisch beschrieben, weil einer ihrer Conformational-Staaten wasserlöslich oder nur mit einer Membran lose verbunden ist.

Membran verbindliche Mechanismen

Die Vereinigung eines Proteins mit einem lipid bilayer kann bedeutende Änderungen innerhalb der tertiären Struktur eines Proteins einschließen. Diese können die Falte von Gebieten der Protein-Struktur einschließen, die vorher entfaltet wurden oder eine Neuordnung in der Falte oder einer Wiederfalte des membranenverbundenen Teils der Proteine. Es kann auch die Bildung oder Trennung von Protein-Vierergruppe-Strukturen oder oligomeric Komplexen, und spezifischer Schwergängigkeit von Ionen, ligands, oder regelndem lipids einschließen.

Typische amphitropic Proteine müssen stark mit dem lipid bilayer aufeinander wirken, um ihre biologischen Funktionen durchzuführen. Diese schließen die enzymatische Verarbeitung von lipids und anderen hydrophoben Substanzen, dem Membranenbefestigen, und der Schwergängigkeit und Übertragung von kleinen nichtpolaren Zusammensetzungen zwischen verschiedenen Zellmembranen ein. Diese Proteine können in den bilayer infolge hydrophober Wechselwirkungen zwischen dem bilayer verankert werden und haben nichtpolare Rückstände an der Oberfläche eines Proteins durch spezifischen non-covalent ausgestellt verbindliche Wechselwirkungen mit regelndem lipids, oder durch ihre Verhaftung zu covalently haben lipid Anker gebunden.

Es ist gezeigt worden, dass die Membran verbindliche Sympathien von vielen peripherischen Proteinen hängen von der spezifischen lipid Zusammensetzung der Membran ab, mit der sie vereinigt werden.

Nichtspezifische hydrophobe Vereinigung

Proteine von Amphitropic verkehren mit lipid bilayers über verschiedene hydrophobe Ankerstrukturen. Solcher als amphiphilic α-helixes, hat nichtpolare Schleifen, Übersetzungs-post acylated oder lipidated Aminosäure-Rückstände oder acyl Ketten spezifisch bestimmten regelnden lipids wie Phosphatidylinositol-Phosphate ausgestellt. Wie man gezeigt hat, sind hydrophobe Wechselwirkungen sogar für hoch cationic peptides und Proteine, wie das polygrundlegende Gebiet des MARCKS Proteins oder histactophilin wichtig gewesen, wenn ihre natürlichen hydrophoben Anker da sind.

Covalently hat lipid Anker gebunden

Lipid hat geankert Proteine sind covalently, der verschiedener Fettsäure acyl Ketten auf der cytoplasmic Seite der Zellmembran über palmitoylation, myristoylation, oder prenylation beigefügt ist. An der Zelloberfläche, auf der Gegenseite der Zellmembran lipid verankerte Proteine sind covalently, der dem lipids glycosylphosphatidylinositol (GPI) und Cholesterin beigefügt ist. Die Protein-Vereinigung mit Membranen durch den Gebrauch von acylated Rückständen ist ein reversibler Prozess, weil die acyl Kette in einer hydrophoben verbindlichen Tasche eines Proteins nach Trennung von der Membran begraben werden kann. Dieser Prozess kommt innerhalb der Beta-Subeinheiten von G-Proteinen vor. Vielleicht wegen dieses zusätzlichen Bedürfnisses nach der Strukturflexibilität, lipid Anker werden gewöhnlich zu den hoch flexiblen Segmenten von Proteinen tertiäre Struktur gebunden, die durch das Protein crystallographic Studien nicht gut aufgelöst werden.

Spezifische Schwergängigkeit des Proteins-lipid

Einige cytosolic Proteine werden zu verschiedenen Zellmembranen durch das Erkennen bestimmter Typen von innerhalb einer gegebenen Membran gefundenem lipid rekrutiert. Die Schwergängigkeit eines Proteins zu einem spezifischen lipid kommt über spezifische membranenins Visier Nstrukturgebiete vor, die innerhalb des Proteins vorkommen und spezifische verbindliche Taschen für die Lipid-Hauptgruppen des lipids haben, zu dem sie binden. Das ist eine typische biochemische Wechselwirkung des Proteins-ligand, und wird durch die Bildung von zwischenmolekularen Wasserstoffobligationen, Wechselwirkungen von van der Waals und hydrophoben Wechselwirkungen zwischen dem Protein und lipid ligand stabilisiert. Solche Komplexe werden auch durch die Bildung von ionischen Brücken zwischen dem aspartate oder den glutamate Rückständen des Proteins und den lipid Phosphaten über vorläufige Kalzium-Ionen (Ca) stabilisiert. Solche ionischen Brücken können vorkommen und sind stabil, wenn Ionen (wie Ca) bereits zu einem Protein in der Lösung vor der Lipid-Schwergängigkeit gebunden werden. Die Bildung von ionischen Brücken wird in der Wechselwirkung des Proteins-lipid sowohl zwischen Protein-Typ-Gebieten C2 als auch zwischen annexins gesehen..

Protein-lipid elektrostatische Wechselwirkungen

Jedes positiv beladene Protein wird von einer negativ beladenen Membran durch nichtspezifische elektrostatische Wechselwirkungen angezogen. Jedoch sind nicht der ganze peripherische peptides und Proteine cationic, und nur bestimmte Seiten der Membran werden negativ beladen. Diese schließen die cytoplasmic Seite von Plasmamembranen, das Außenflugblatt von Außenbakterienmembranen und mitochondrial Membranen ein. Deshalb spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine wichtige Rolle im Membranenzielen von Elektrontransportunternehmen wie cytochrome c, cationic Toxine wie charybdotoxin und spezifische membranenins Visier Ngebiete wie einige PH-Gebiete, C1 Gebiete und C2 Gebiete.

Elektrostatische Wechselwirkungen sind von der Ionenstarke der Lösung stark abhängig. Diese Wechselwirkungen sind an der physiologischen Ionenstarke (0.14M NaCl) relativ schwach: ~3 zu 4 kcal/mol für kleine cationic Proteine, wie cytochrome c, charybdotoxin oder hisactophilin.

Raumposition in der Membran

Orientierungen und Durchdringen-Tiefen von vielen amphitropic Proteinen und peptides in Membranen werden mit dem Seite-geleiteten Drehungsbeschriften, chemischen Beschriften, Maß der Membran verbindliche Sympathien von Protein-Mutanten, Fluoreszenz-Spektroskopie, Lösung oder NMR Halbleiterspektroskopie, studiert

ATR FTIR Spektroskopie, Röntgenstrahl oder Neutronbeugung und rechenbetonte Methoden.

Zwei verschiedene Membranenvereinigungsweisen von Proteinen sind identifiziert worden. Typische wasserlösliche Proteine haben keine ausgestellten nichtpolaren Rückstände oder irgendwelche anderen hydrophoben Anker. Deshalb bleiben sie völlig in der wässrigen Lösung und dringen in den lipid bilayer nicht ein, der energisch kostspielig sein würde. Solche Proteine wirken mit bilayers nur elektrostatisch, zum Beispiel, ribonuclease aufeinander, und poly-lysine wirken mit Membranen in dieser Weise aufeinander. Jedoch haben typische amphitropic Proteine verschiedene hydrophobe Anker, die ins Zwischengesichtsgebiet eindringen und das Kohlenwasserstoff-Interieur der Membran erreichen. Solche Proteine "deformieren" den lipid bilayer, die Temperatur des lipid Übergangs des flüssigen Gels vermindernd. Die Schwergängigkeit ist gewöhnlich stark exothermic Reaktion. Die Vereinigung von amphiphilic α-helices mit Membranen kommt ähnlich vor. Wirklich unstrukturierter oder entfalteter peptides mit nichtpolaren Rückständen oder lipid Ankern kann auch ins Zwischengesichtsgebiet der Membran eindringen und den Kohlenwasserstoff-Kern besonders erreichen, wenn solche peptides cationic sind und mit negativ beladenen Membranen aufeinander wirken.

Kategorien von peripherischen Proteinen

Enzyme

Peripherische Enzyme nehmen am Metabolismus von verschiedenen Membranenbestandteilen, wie lipids (phospholipases und Cholesterin oxidases), Zellwand oligosaccharides teil (glycosyltransferase, und transglycosidases), oder Proteine (geben Sie peptidase und palmitoyl Protein thioesterases Zeichen). Lipases kann auch lipids verdauen, die micelles oder nichtpolare Tröpfchen in Wasser bilden.

Membranenins Visier Ngebiete ("lipid klammert" fest)

Mittleres Flugzeug des lipid bilayer - schwarze Punkte. Grenze des Kohlenwasserstoff-Kerngebiets - blaue Punkte (cytoplasmic Seite). Schicht von lipid Phosphaten - gelbe Punkte. </klein>]]

Membranenins Visier Ngebiete verkehren spezifisch mit Hauptgruppen ihres lipid ligands eingebettet in die Membran. Diese lipid ligands sind in verschiedenen Konzentrationen in verschiedenen Typen von biologischen Membranen da (zum Beispiel, PtdIns3P kann größtenteils in Membranen von frühem endosomes, PtdIns (3,5) P2 in spätem endosomes und PtdIns4P in Golgi gefunden werden). Folglich wird jedes Gebiet zu einer spezifischen Membran ins Visier genommen.

• C1 Gebiete binden http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=63 diacylglycerol und phorbol esters.
• C2 Gebiete binden http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=47 phosphatidylserine oder phosphatidylcholine
• Homologie-Gebiete von Pleckstrin http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=51, PX Gebiete http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=60 und Fassartige Gebiete binden http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=177 verschiedenen phosphoinositides
• FYVE Gebiete sind http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=62 für PtdIns3P spezifischer.
• ENTH Gebiete binden http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=1h0a PtdIns (3,4) P2 oder PtdIns (4,5) P2.
• ANTH Gebiet bindet http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=1hfa PtdIns (4,5) P2.
• Proteine von ERM (ezrin/radixin/moesin) Familie binden http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=1gc6 PtdIns (4,5) P2.
• Andere phosphoinositide-verbindliche Proteine schließen phosphotyrosine-verbindliches Gebiet http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=1nu2 und bestimmte PDZ Gebiete ein. Sie binden PtdIns (4,5) P2.
• Gebiete von Discoidin von Blutkoagulationsfaktoren

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=48

• ENTH, VHS und ANTH Gebiete

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=39

Strukturgebiete

Strukturgebiete mittelbare Verhaftung anderer Proteine zu Membranen. Ihre Schwergängigkeit zu Membranen kann durch Kalzium-Ionen (Ca) vermittelt werden, die Brücken zwischen den acidic Protein-Rückständen und Phosphatgruppen von lipids, als in annexins oder GLA Gebieten bilden.

Transportvorrichtungen von kleinen hydrophoben Molekülen

Diese peripherischen Proteine fungieren als Transportunternehmen von nichtpolaren Zusammensetzungen zwischen verschiedenen Typen von Zellmembranen oder zwischen Membranen und cytosolic Protein-Komplexen. Die transportierten Substanzen sind phosphatidylinositol, tocopherol, gangliosides, glycolipids, sterol Ableitungen, retinol, oder Fettsäuren.

• Glycolipid übertragen Proteine

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=92

• Lipocalins einschließlich retinol verbindliche Proteine und Säure bindende Fettproteine

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=52

• Polyisoprenoid-verbindliches Protein

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=109

• Ganglioside GM2 Aktivator-Proteine

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=114

• CRAL-TRIO-Gebiet (α-Tocopherol und phosphatidylinositol übertragen sec14p Proteine)

, http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=129

• Transportunternehmen-Proteine von Sterol

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=144

• Phosphatidylinositol übertragen Proteine und STERN-Gebiete

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=147

• Oxysterol-verbindliches Protein

http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=173

Elektrontransportunternehmen

Diese Proteine werden an Elektrontransportketten beteiligt. Sie schließen cytochrome c, cupredoxins, hohes potenzielles Eisenprotein, adrenodoxin reductase, einen flavoproteins und andere ein.

Hormone von Polypeptide, Toxine und antimikrobischer peptides

Viele Hormone, Toxine, Hemmstoffe oder antimikrobischer peptides wirken spezifisch mit transmembrane Protein-Komplexen aufeinander. Sie können auch am lipid bilayer Oberfläche, vor der Schwergängigkeit ihrer Protein-Ziele ansammeln. Solche polypeptide ligands werden häufig positiv beladen und wirken elektrostatisch mit anionic Membranen aufeinander.

Einige wasserlösliche Proteine und peptides können auch transmembrane Kanäle bilden. Sie erleben gewöhnlich oligomerization, bedeutende Conformational-Änderungen und Partner mit Membranen irreversibel. Die 3D-Struktur eines solchen transmembrane Kanals, α-hemolysin, ist bestimmt worden. In anderen Fällen vertritt die experimentelle Struktur eine wasserlösliche Angleichung, die mit dem lipid bilayer peripherisch aufeinander wirkt, obwohl etwas vom Kanalformen peptides ziemlich hydrophob ist und deshalb durch die NMR Spektroskopie in organischen Lösungsmitteln oder in Gegenwart von micelles studiert wurde.

Siehe auch

• Membranenproteine
• Lipoproteins

Proteine von Transmembrane

• Antimikrobischer peptides

Allgemeine Verweisungen

• Seaton Bakkalaureus der philosophischen Fakultät und Membranenproteine von Roberts M.F. Peripheral. Seiten 355-403. In Biologischen Membranen (Hrsg. K. Mertz und B.Roux), Birkhauser Boston, 1996.
• Wechselwirkungen von Benga G. Protein-Lipid in biologischen Membranen, Seiten 159-188. In der Struktur und den Eigenschaften von Biologischen Membranen, vol. 1 (Ed. G. Benga) Boca Raton CRC Presse, 1985.
• Kessel A. und Ben-Tal N. 2002. Freie Energiedeterminanten der peptide Vereinigung mit lipid bilayers. In Aktuellen Themen in Membranen 52: 205-253.

Links

• DOLOP Genomics-orientierte Datenbank von bakteriellem lipoproteins
• Datenbank von Peptaibol
• Antimikrobische Peptide Datenbank