imported>Ghilt: /* Transmembrandomäne */ form

2022-04-03T11:07:20Z

Transmembrandomäne: form

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[[Datei:IntegralMP.png|mini|hochkant=1.4|Schematische Darstellung verschiedener ''Transmebranproteine'' mit unterschiedlichen ''Transmembrandomänen'' (Membran gelb):<br />(A) [[α-Helix|α-helicale]] Domänen (rot) im ''singlepass'' (links) und im ''multipass''<br />(B) [[β-Fass]]-Domänen (blau)]]

'''Transmembranproteine''' sind eine Gruppe der [[Membranprotein]]e und durchqueren beide Blätter der [[Phospholipid]]doppelschicht einer [[Biomembran]], im Unterschied zu den einfach [[Membranständiges Protein|membranständigen Proteinen]]. Zu den Transmembranproteinen gehören funktionell sehr verschiedene Proteine wie zum Beispiel [[Transmembranrezeptor]]en (deren größte Untergruppe die heptahelikalen Rezeptoren sind)<ref>K. L. Pierce, R. T. Premont, R. J. Lefkowitz: ''Seven-transmembrane receptors.'' In: ''Nature reviews. Molecular cell biology.'' Band 3, Nummer 9, September 2002, S. 639–650, {{DOI|10.1038/nrm908}}, PMID 12209124.</ref>, [[Porine]], [[Ionenkanal|Ionenkanäle]], [[Transporter (Membranprotein)|Transporter]], [[ATPasen|ATP-abhängige Pumpen]] und [[Zelladhäsionsmolekül]]e. Sie können in der [[Plasmamembran]] oder in der Membran eines [[Organell]]s verankert sein und lassen sich nach ihren die Membran durchquerenden Proteinanteilen, der '''Transmembrandomäne''', strukturell klassifizieren. Innerhalb der Biomembran sind Transmembranproteine teilweise lateral beweglich nach dem [[Fluid-Mosaik-Modell]].

== Transmembrandomäne ==
Die [[Aminosäuresequenz]], die in einer Phospholipiddoppelschicht liegt, wird als Transmembrandomäne bezeichnet. Um die Phospholipiddoppelschicht zu durchdringen, muss eine Polypeptidkette hydrophobe [[Aminosäure]]-Seitenketten besitzen und ihre polare [[Backbone (Biochemie)|Rückgratgruppe]] gegen die relativ unpolaren [[Membranlipide]] abschirmen. Dies wird unter anderem durch die Bildung einer Sekundärstruktur erreicht, die zur Bildung von [[Wasserstoffbrückenbindung]]en beiträgt. Alle bekannten Transmembran-Segmente bestehen daher entweder aus [[α-Helix|α-Helices]] (sehr häufig, teilweise als Bündel) oder [[β-Fass|β-Fässern]] (selten).<ref>D. Voet, J. Voet, C. Pratt: ''Lehrbuch der Biochemie.'' 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2010, ISBN 978-3-527-32667-9, S. 290f.</ref> Mit etwa 27 % des gesamten [[Proteom]]s stellen Membranproteine mit α-Helices die größte Untergruppe der Membranproteine.<ref>M. S. Almén, K. J. Nordström, R. Fredriksson, H. B. Schiöth: ''Mapping the human membrane proteome: a majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin.'' In: ''BMC biology.'' Band 7, August 2009, S. 50, {{DOI|10.1186/1741-7007-7-50}}, PMID 19678920, {{PMC|2739160}}.</ref> Während bakterielle Transmembranproteine mit β-Fass meist geradzahlige β-Stränge aufweisen, besitzen eukaryotische Transmembranproteine mit β-Fass meistens 7 oder andere ungeradzahlige β-Stränge.<ref name="Chaturvedi">D. Chaturvedi, R. Mahalakshmi: ''Transmembrane β-barrels: Evolution, folding and energetics.'' In: ''Biochimica et biophysica acta. Biomembranes.'' Band 1859, Nummer 12, Dezember 2017, S. 2467–2482, {{DOI|10.1016/j.bbamem.2017.09.020}}, PMID 28943271, {{PMC|7115949}}.</ref>

In sehr seltenen Fällen wie bei [[Gramicidine|Gramicidin A]] kommt stattdessen eine [[β-Helix]] vor.<ref>L. K. Nicholson, T. A. Cross: ''Gramicidin cation channel: an experimental determination of the right-handed helix sense and verification of beta-type hydrogen bonding.'' In: ''Biochemistry.'' Band 28, Nummer 24, November 1989, S. 9379–9385, {{DOI|10.1021/bi00450a019}}, PMID 2482072.</ref> Eine transmembrane Polyprolin-II-Helix wurde bislang nur künstlich erzeugt beschrieben.<ref>V. Kubyshkin, S. L. Grage, A. S. Ulrich, N. Budisa: ''Bilayer thickness determines the alignment of model polyproline helices in lipid membranes.'' In: ''Physical Chemistry Chemical Physics.'' Band 21, Nummer 40, Oktober 2019, S. 22396–22408, {{DOI|10.1039/c9cp02996f}}, PMID 31577299.</ref>

[[Datei:Group 1 and 2 transmembrane protein.png|mini|Transmembranproteine der Gruppen 1 (links) und 2 (rechts)]]
Bei Transmembranproteinen wird zwischen den ''Singlepass''-Transmembranproteinen unterschieden, die die Membran nur einmal durchqueren, und den ''Multipass''-Transmembranproteinen, die die Membran mehrmals durchqueren. Die ''Singlepass''-Transmembranproteine werden weiter unterschieden in verschiedene Typen nach Art der Verankerung und der Lage ihrer Enden. Der [[N-Terminus|''N''-Terminus]] liegt extrazellulär bei Typ-1-Transmembranproteinen, die in der Zellmembran verankert sind. Bei Typ-2-Transmembranproteinen liegt hier dagegen der [[C-Terminus|''C''-Terminus]] extrazellulär. Die Einteilung erfolgt nach verschiedenen topologischen Determinanten, wie Orientierung der Transmembrandomäne in der Membran, angrenzende polare Seitenketten von Aminosäuren und [[Glykosylierung]]en.<ref name="Goder">V. Goder, M. Spiess: ''Topogenesis of membrane proteins: determinants and dynamics.'' In: ''FEBS letters.'' Band 504, Nummer 3, August 2001, S. 87–93, {{DOI|10.1016/s0014-5793(01)02712-0}}, PMID 11532438.</ref> Die [[Proteintranslokation]] durch die Membran nach der [[Proteinbiosynthese]] am [[Ribosom]] läuft unter Beteiligung von [[Sec61]], [[Signalerkennungspartikel|SRP]] und den [[SRP-Rezeptor]].<ref name="Goder" /> Die Sortierung zur jeweiligen Membran ([[Zellmembran]], [[Endoplasmatisches Retikulum|ER]]-Membran, [[lysosom]]ale Membran oder [[Mitochondrium|mitochondriale]] Membran) erfolgt anhand von [[Signalsequenz]]en.<ref name="Bonifacino">J. S. Bonifacino, L. M. Traub: ''Signals for sorting of transmembrane proteins to endosomes and lysosomes.'' In: ''Annual review of biochemistry.'' Band 72, 2003, S. 395–447, {{DOI|10.1146/annurev.biochem.72.121801.161800}}, PMID 12651740.</ref> Die Sortierung anhand von Signalsequenzen wird in Typ I-III für lösliche Proteine und Typ IV für Transmembranproteine unterteilt.<ref>H. Y. Gee, J. Kim, M. G. Lee: ''Unconventional secretion of transmembrane proteins.'' In: ''Seminars in cell & developmental biology.'' Band 83, 11 2018, S. 59–66, {{DOI|10.1016/j.semcdb.2018.03.016}}, PMID 29580969.</ref> Eine [[Phosphorylierung]] kann die Erkennung und somit die Sortierung beeinflussen.<ref name="Bonifacino" /> Eine [[Ubiquitinierung]] cytosolischer Bereiche führt zu einer Sortierung, die im [[Proteolyse|Abbau]] am [[Proteasom]] endet.<ref name="Bonifacino" /> Teilweise werden Transmembranproteine nach der Translokation durch [[Chaperon (Protein)|Chaperone]] gefaltet.<ref name="Chaturvedi" /> Transmembranrezeptoren liegen oftmals gruppiert aneinander gebunden vor (engl. ''cluster'').<ref>L. B. Case, J. A. Ditlev, M. K. Rosen: ''Regulation of Transmembrane Signaling by Phase Separation.'' In: ''Annual review of biophysics.'' Band 48, 05 2019, S. 465–494, {{DOI|10.1146/annurev-biophys-052118-115534}}, PMID 30951647, {{PMC|6771929}}.</ref>

=== Hydrophobizität der Transmembrandomäne ===
{{Hauptartikel|Hydrophobizitätsskala}}
Transmembranproteine sind im Transmembranbereich (Transmembrandomäne von etwa acht bis zwölf Aminosäuren) gehäuft aus den weniger [[Polarität (Chemie)|polaren]] bzw. hydrophoberen Aminosäuren aufgebaut, deren unpolare Seitenketten mit den [[Lipid]]en der Membran eine [[Protein-Lipid-Interaktion]] eingehen. In Transmembranproteinen sind daher verschiedene Aminosäuren mit vor allem unpolaren Seitenketten gehäuft zu finden, wie [[Phenylalanin]], [[Glycin]], [[Tryptophan]], [[Methionin]], [[Isoleucin]], [[Threonin]], [[Valin]], [[Serin]], [[Prolin]], [[Cystein]] und [[Leucin]], während die anderen Aminosäuren im Vergleich zu löslichen Proteinen vermindert auftreten.<ref name="Cross">T. A. Cross, M. Sharma, M. Yi, H. X. Zhou: ''Influence of solubilizing environments on membrane protein structures.'' In: ''[[Trends in Biochemical Sciences]].'' Band 36, Nummer 2, Februar 2011, S. 117–125, {{DOI|10.1016/j.tibs.2010.07.005}}, PMID 20724162, {{PMC|3161620}}.</ref>

== Analytik ==
Die im Zuge einer [[Proteincharakterisierung]] zur Ermittlung der [[Proteinfaltung]] verwendeten Methoden umfassen [[Röntgen-Kristallstrukturanalyse]], [[Elektronenmikroskop]]ie und [[NMR-Spektroskopie]].<ref name="Cross" /> Die vollständige [[Proteinstruktur]] ist nur bei wenigen Membranproteinen bekannt.<ref>{{Literatur | Autor=B. Alberts u. a. | Titel=Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie | Auflage=4. | Verlag=Wiley | Jahr=2012 | ISBN=978-3-527-32824-6 | Seiten=403 }}</ref> Transmembranproteine sind schwerer zu untersuchen als lösliche Proteine, da sie aufgrund der hydrophoben Aminosäuren mit [[Detergens|Detergentien]] [[Proteinreinigung|isoliert]] werden müssen und strukturell flexibler sind.<ref name="Carpenter">E. P. Carpenter, K. Beis, A. D. Cameron, S. Iwata: ''Overcoming the challenges of membrane protein crystallography.'' In: ''Current opinion in structural biology.'' Band 18, Nummer 5, Oktober 2008, S. 581–586, {{DOI|10.1016/j.sbi.2008.07.001}}, PMID 18674618, {{PMC|2580798}}.</ref> Darüber hinaus sind sie oftmals strukturell instabiler<ref name="Carpenter" /> und besitzen eine geringere [[biologische Halbwertszeit]].

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Protein| ]]

Transmembranprotein - Versionsgeschichte

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