Protein membran

Protein membran ialah protein biasa yang merupakan sebahagian daripada, atau berinteraksi dengan, membran biologi. Protein membran dikelaskan dalam beberapa kategori luas bergantung pada lokasinya. Protein membran integral bersifat kekal di membran sel, dan boleh sama ada menembusi membran (transmembran) atau terpasang di satu lapisan membran (monotopik integral). Protein membran periferi terpasang secara sementara dengan membran sel.

Protein membran adalah lazim serta penting dari segi perubatan; kira-kira sepertiga daripada semua protein manusia adalah protein membran, dan ini adalah sasaran bagi lebih separuh daripada semua ubat.^[1] Walau bagaimanapun, berbanding dengan kelas protein lain, penentuan struktur protein membran kekal sebagai cabaran, sebahagian besarnya disebabkan oleh kesukaran dalam mewujudkan keadaan eksperimen yang dapat mengekalkan konformasi protein yang betul secara berasingan daripada persekitaran asalnya.

Protein membran melakukan pelbagai fungsi penting untuk kemandirian organisma:^[2]

• Protein reseptor membran menyampaikan isyarat antara persekitaran dalaman dan luaran sel.
• Protein pengangkutan menggerakkan molekul dan ion merentasi membran. Ia boleh dikategorikan mengikut pangkalan data Pengelasan Pengangkut.
• Enzim membran mungkin mempunyai banyak aktiviti, seperti oksidoreduktase, transferase atau hidrolase.^[3]
• Molekul lekatan sel membolehkan sel mengenal pasti satu sama lain dan berinteraksi protein yang terlibat dalam tindak balas imun.

Penyetempatan protein dalam membran boleh diramalkan dengan pasti menggunakan analisis hidrofobik jujukan protein, iaitu penyetempatan jujukan asid amino hidrofobik.

Protein membran integral melekat secara kekal pada membran. Protein sedemikian boleh diasingkan daripada membran biologi hanya menggunakan detergen, pelarut tak berkutub, atau kadangkala agen penyahaslian.^{[perlu rujukan]} Mereka boleh dikelaskan mengikut hubungannya dengan dwilapisan:

• Protein politopik integral ialah protein transmembran yang merentangi membran lebih daripada sekali. Protein ini mungkin mempunyai topologi transmembran yang berbeza.^[4][5] Protein ini mempunyai satu daripada dua seni bina struktur:
  • Protein berkas heliks, yang terdapat dalam semua jenis membran biologi;
  • Protein balang beta yang hanya terdapat dalam membran luar bakteria negatif Gram, dan membran luar mitokondrion dan kloroplas.^[6]
• Protein bitopik ialah protein transmembran yang merentangi membran sekali sahaja. Heliks transmembran daripada protein ini mempunyai taburan asid amino yang berbeza dengan ketara kepada heliks transmembran berbanding protein politopik.^[7]
• Protein monotopik integral ialah protein membran integral yang melekat di satu sisi membran sahaja dan bukan kedua-duanya.

Protein membran periferi terlekat secara sementara sama ada didwilapisan lipid atau pada protein integral melalui gabungan interaksi hidrofobik, elektrostatik dan ikatan bukan kovalen lain. Protein periferi tercerai selepas rawatan dengan reagen berkutub, seperti larutan dengan pH tinggi atau kepekatan garam yang tinggi.

Protein integral dan periferi boleh diubah suai selepas terjemahan protein dengan tambahan asid lemak, diasilgliserol^[8], rantai prenil, atau GPI (glikosilfosfatidilinositol) yang mungkin dipaut di dwilapisan lipid.

Toksin polipeptida dan pelbagai peptida antibakteria seperti kolisin danhemolisin, dan protein-protein apoptosis tertentu kadangkala dikelaskan dengan kategorinya yang tersendiri. Protein-protein ini adalah larut air, tetapi boleh berkumpul dan bersekutu dengan membran, sama ada secara berbalik atau tidak.^{[perlu rujukan]}

Protein membran, seperti protein globul larut, protein gentian dan protein tidak teratur, ialah komponen kelaziman.^[9] Dianggarkan bahawa 20-30% daripada semua gen dalam kebanyakan genom mengekod bagi protein membran.^[10][11] Sebagai contoh, kira-kira 1000 daripada ~4200 protein E. coli dianggap sebagai protein membran, dan 600 daripadanya telah disahkan secara eksperimen sebagai pemastautin membran.^[12] Dalam manusia, pemikiran semasa berpendapat bahawa sepenuhnya 30% genom mengekod protein membran.^[13]

Protein membran menjadi sasaran lebih 50% daripada semua ubat perubatan moden.^[1] Antara penyakit manusia yang melibatkan protein membran adalah penyakit jantung, Alzheimer dan fibrosis sista.^[13]

Walaupun protein membran memainkan peranan penting dalam semua organisma, penulenannya secara sejarah, dan terus menjadi, cabaran besar bagi saintis protein. Pada tahun 2008, 150 struktur unik protein membran telah tersedia,^[14] dan menjelang 2019, hanya 50 protein membran manusia telah dijelaskan strukturnya.^[13] Sebaliknya, kira-kira 25% daripada semua protein ialah protein membran.^[15] Permukaan hidrofobik mereka menyukarkan pencirian struktur dan fungsinya secara lanjutan.^[13][16] Detergen boleh digunakan untuk menjadikan protein membran larut dalam air, tetapi ini juga boleh mengubah struktur dan fungsi protein.^[13] Penghasilan protein membran yang larut air juga boleh dicapai melalui kejuruteraan jujukan protein dengan menggantikan asid amino hidrofobik terpilih dengan asid hidrofilik sambil berhati-hati untuk mengekalkan struktur sekunder sambil menilai semula keseluruhan cas.^[13]

Kromatografi pertalian adalah salah satu penyelesaian terbaik dalam penulenan protein membran. Aktiviti protein membran berkurangan dengan sangat cepat berbeza dengan protein lain.^{[perlu rujukan]} Dengan itu, kromatografi afiniti menyediakan penulenan protein membran yang cepat dan spesifik. Teg polihistidina ialah teg yang biasa digunakan dalam penulenan protein membran,^[17] dan teg rho1D4 alternatif juga telah berjaya digunakan.^[18][19]