Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014
Предсказание структуры мембранных белков
Структурные классы
Пучки альфа-спиралей
Выделяют два основных класса мембранных белков: а-спирали и р-бочонки. Альфа-спиральные мембранные белки представляют собой наиболее многочисленный класс ТМ белков и встречаются в биологических мембранах всех типов, включая наружные мембраны бактерий. Белки состоят из одной или нескольких альфа-спиралей, каждая из которых содержит тяж гидрофобных аминокислот, встроена в мембрану и связана с другими спиралями посредством внемембранных петлевых областей. Считается, что в состав альфа-спиральных мембранных белков может входить до 20 ТМ спиралей, что обеспечивает многообразие топологий. Известно, что петлевые области имеют сложное строение и содержат мембранные петли (re-entrant loops) и амфифильные спирали. Мембранные петли представляют собой короткие а-спирали, которые входят в мембрану и выходят из нее на одной и той же стороне. Амфифильные спирали располагаются параллельно плоскости мембраны и глобулярным доменам.
Альфа-спиральные ТМ белки делят на несколько подклассов. Белки подкласса I содержат одну ТМ а-спираль, N-конец которой расположен с наружной стороны мембраны, во внешней среде, а С-конец - с внутренней, цитоплазматической, стороны. Эти белки, в свою очередь, делятся на еще два подкласса. Подкласс 1а, к которому относится большинство эукариотических мембранных белков, содержит расщепляемые сигнальные последовательности, в то время как в подклассе Ib таких последовательностей нет. Мембранные белки подкласса II, как и белки подкласса I, пронизывают мембрану только один раз. Однако они имеют противоположную ориентацию: N-конец расположен на цитоплазматической стороне мембраны, а С-конец - на внешней стороне.
Рис. 4.1. (Цветную версию рисунка см. на вклейке.) а) Бактериородопсин Halobacterium salinarium. Семь трансмембранных спиралей рецептора, сопряженного с G-белком, окружены липидным бислоем. Рецептор функционирует как протонная помпа: энергия света используется для выведения из клетки протонов. PDB ID 1ру6. Среди других рецепторов, сопряженные с G-белками, можно назвать галородопсин - хлорную помпу, которая активируется светом. PDB ID 1е12. б) Упрощенное представление топологии бактериородопсина
Мембранные белки подкласса III представляют собой одиночную полипептидную цепь, которая на отдельных участках представлена множественными трансмембранными спиралями. Белки этого подкласса также делятся на подклассы а и b: белки подкласса IIIа содержат расщепляемые сигнальные последовательности; N-концы белков подкласса IIIb направлении к наружной поверхности мембраны, а сами белки не содержат расщепляемых сигнальных последовательностей. К числу мембранных белков подкласса III принадлежит семейство рецепторов, сопряженных с G-белками (G-protein- coupled receptors, или GPCR), представители которого имеют в своем составе семь трансмембранных спиралей (рис. 4.1). Рецепторы, сопряженные с G-белками, составляют большое семейство белков-рецепторов, которые распознают молекулы во внешней среде, активируют пути трансдукции сигнала и в конечном счете обеспечивают реализацию клеточного ответа.
Мембранные белки IV подкласса содержат множество доменов, образующих ансамбль, элементы которого многократно пронизывают мембрану. Домены могут располагаться на одиночной полипетидной цепи, но часто трансмембранный белок представлен несколькими цепями. К числу белков этого подкласса относится фотосистема I, которая состоит из девяти различных цепей (PDB ID 1jbO).