معلومة

كيف يمكن أن يكون الليجند بروتينًا غشائيًا متكاملًا؟

كيف يمكن أن يكون الليجند بروتينًا غشائيًا متكاملًا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

خلفيتي في الرياضيات وليس في علم الأحياء ، لذا يرجى أن تتحملوني. أنا أعمل حاليًا على مشروع يتضمن آثار علاج عامل نمو البشرة (EGF) على هجرة الخلايا. أنا أقرأ مراجعة لإشارات EGF (استهداف مستقبلات عامل نمو البشرة في السرطان: مراجعة للاتجاهات والاستراتيجيات بواسطة Chetan Yewale ، وآخرون) ، وتنص على أن "الروابط المختلفة يمكنها تنشيط EGFR ... يتم التعبير عن هذه الروابط باعتبارها متكاملة بروتينات الغشاء ". هذا البيان لا معنى له على الإطلاق ، ويجعلني أتساءل عن فهمي لنقل الإشارة. أعتقد أن الترابطات هي جزيئات عائمة بحرية قد تتلامس في النهاية مع غشاء الخلية وترتبط ببعض المستقبلات. لكن يجند معبر عنه كبروتين غشائي متكامل؟ يبدو هذا متناقضًا مع فهمي للروابط ، والتي (اعتقدت) يتم إطلاقها من الخلية من أجل إرسال إشارات مع الخلايا (سواء كانت هي نفسها ، أو الخلايا المجاورة ، أو الخلايا البعيدة). قد تكون روابط البروتين الغشائية المتكاملة مفيدة فقط لإشارات الأوتوكرين ، والتي لا أعتقد أنها صحيحة بالنسبة لـ EGF.


في علم الأحياء الترابط هو مصطلح واسع جدا. يُطلق على كل شيء اسم يجند يحتوي على مستقبلات له ، بغض النظر عما إذا كان حرًا أو مرتبطًا بغشاء. هناك معنى كبير في الروابط المرتبطة بالغشاء ، لأن العديد من الخلايا في أجسامنا قادرة على التحرك بنشاط (على سبيل المثال الخلايا التائية). يمكن للخلايا استخدام نقل الإشارة عن طريق الاتصال المباشر من خلية إلى أخرى - كما هو الحال في تنشيط الخلايا التائية ، أو قتل الخلايا التائية السامة للخلايا. تغطي صفحة الويكي هذه الأساسيات جيدًا. أيضًا ، صفحة ويكي شاملة تمامًا على الروابط.

من التعليقات تحت سؤالWYSIWYG:

يعمل هذا النوع من الروابط عبر إشارات الجوكستاكرين لأنها لا تستطيع الانتشار. عفرين مثال آخر.


تعريف معقول تمامًا للرابط من ويكيبيديا:

في الكيمياء الحيوية وعلم العقاقير ، يجند هو مادة تشكل معقدًا مع جزيء حيوي لخدمة غرض بيولوجي.

يمكن أن يكون الترابط أي شيء طالما أنه يرتبط بجزيء حيوي. غالبًا ما يكون اللجند جزيءًا صغيرًا أو ببتيدًا ، والشيء الذي يرتبط به هو بروتين. من ناحية أخرى ، يمكن أن يكون كل من ligand وشريك الربط بالتأكيد بروتينات (أو يمكن أن يكون أحدهما Mg$^{2+}$ أيون وجزيء RNA الآخر ، وما إلى ذلك). Ligand هو مصطلح واسع جدًا ، وغالبًا ما يستخدم في المجالات البيوكيميائية الأخرى بخلاف الإشارات. على سبيل المثال ، يمكن تسمية الأشياء التي يرتبط بها الإنزيم (ركائز ، منظمات خيفية ، إلخ) بروابطها.

أيضًا ، الأشياء التي تصفها في منشورك:

يبدو هذا متناقضًا مع فهمي للروابط ، والتي (اعتقدت) يتم إطلاقها من الخلية من أجل إرسال إشارات مع الخلايا (سواء كانت هي نفسها ، أو الخلايا المجاورة ، أو الخلايا البعيدة).

هي هرمونات ، وهي فئة أكثر تحديدًا من الليجند.

يحرر

يبدو أن هناك بعض "المهمين" ... المتشككين في اتساع تعريف الربيطة ، لذلك حان الوقت لبعض الأمثلة من الأدبيات:

من كتاب الكيمياء الحيوية بيرج ، 7 هـ (التشديد مضاف):

الخطوة الأخيرة هي كروماتوغرافيا التقارب باستخدام أ يجند محددة للإنزيم المستهدف.

من ورقة التوجيه الكهروستاتيكي والربط الأيوني في الارتباط بالرابط الإنزيمي: رؤى من المحاكاة ، Wade et al (التشديد مضاف):

للارتباط في الموقع النشط للإنزيم ، أ يجند يجب أن ينتشر أو يتم نقله إلى سطح الإنزيم ، وإذا كان موقع الارتباط مدفونًا ، فيجب أن ينتشر الرابط عبر البروتين للوصول إليه.

من الورقة الهندسية لتفاعلات المجموعة الوظيفية في مجمعات الإنزيمات يجند: أدلة لنمذجة المستقبلات ، Tintelnot et al (التشديد مضاف):

هناك العديد من الأمثلة على تفاعلات الأرجينين - الكربوكسيل التي يبدو أن لها أدوارًا وظيفية رئيسية في الإنزيمات ، بما في ذلك بعض الأمثلة التي يكون فيها هيكل شبيه بالأرجينين في يجند يتفاعل مع مجموعة الكربوكسيل من موقع الربط (أي عكس ما هو موصوف أعلاه).

صحيح أن المركب المعين الوحيد الذي يرتبط أصلاً بالموقع النشط للإنزيم يُطلق عليه غالبًا الركيزة ، جزئيًا لتمييزه عن المنظمين الخيفي والرابطات الأخرى التي يمكن أن ترتبط أيضًا بالإنزيم. وبالتالي ، يمكن اعتبار مجموعة جميع ركائز الإنزيم على أنها مجموعة فرعية من روابط الإنزيم. مرة أخرى ، يعتبر ligand مفهومًا واسعًا للغاية يشير ببساطة إلى شيء يرتبط.

تحرير 2

حقيقة ممتعة! تأتي كلمة ligand الحديثة من الفعل اللاتيني ligāre الذي يعني "الربط". وبشكل أكثر تحديدًا ، يُشتق ligand من شكل gerundive من ligāre ، ligandus ، والذي يُترجم إلى شيء مثل "(الذي) يجب أن يكون مرتبطًا". لا يعني ذلك أن لهذا تأثيرًا كبيرًا على كيفية استخدامه في الأدبيات العلمية الحديثة. أنا فقط اعتقدت أنه كان رائعًا.


يتم تصنيع معظم الترابطات بنفس الطريقة التي يتم بها دمج المستقبلات في الغشاء: يتم تصنيعها على ER الخام ، ويتم سحبها في تجويف ER. إذا كانت البروتينات التي تم تصنيعها على ER الخام لها تسلسل حمض أميني كاره للماء ، يمكن أن تبقى المنطقة الكارهة للماء في الغشاء لأن داخل الغشاء كاره للماء وله صلة بتسلسل الأحماض الأمينية الكارهة للماء. لا تحتوي الروابط القابلة للذوبان على مثل هذه المنطقة في التسلسلات ، ولكن الروابط الغشائية المدمجة بها.

كما ذكرت أعلاه ، هناك روابط مدمجة في الغشاء: Fas ، TNF ، عائلة Notch ligand ، إلخ. كما ذكرت في السؤال ، فهي غير قابلة للذوبان بحيث تحدث إشارات مستقبلات ligand عن طريق اتصال خلية إلى خلية.

يمكنك رؤية أنواع مختلفة من الروابط الغشائية المتكاملة من عناوين URL أدناه.

http://www.nature.com/onc/journal/v27/n38/full/onc2008229a.html http://www.sanfordburnham.org/talent/Pages/CarlWare.aspx http: //www.sci-online. org / article / view / 3946/4855 http://www.bio.davidson.edu/courses/immunology/students/spring2003/swails/fas.html


البيولوجيا الهيكلية لتجمعات بروتين الغشاء الداخلي في أقراص نانوية أصلية

يمكن إذابة طبقات ثنائية الدهون البيولوجية غير المتماثلة سليمة باستخدام الستايرين-شارك- البوليمرات المشتركة أنهيدريد الذكريات.

يتم إدخال الوحدات الفرعية للستايرين والستيلبين في الأغشية لتثبيت الأقراص النانوية.

الوحدات الفرعية المشتقة من أنهيدريد المالئيك تولد قابلية الذوبان في القرص النانوي والوظيفة.

هياكل في الجسم الحي دهن: بروتين: تجمعات يجند قابلة للحل في أقراص نانوية أصلية.

أدى التقدم الأخير إلى مفهوم memteins كوحدات رئيسية لوظيفة الغشاء.


بيولوجيا الخلية 09: توصيل الإشارة

التأشير هو كيف تحصل الخلايا والكائنات الحية على مدخلات من بيئتها ، وكيف تتواصل الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا مع بعضها البعض. من حيث التمايز ، تسمح الإشارة في التطور الجنيني بإنشاء سلالات نمائية منفصلة مثل الأديم الباطن مقابل الأديم المتوسط ​​مقابل الأديم الظاهر وفي الكائنات الحية البالغة من أجل التمايز المناسب للخلايا الجذعية. فيما يتعلق بالاستجابة البيئية ، تشمل الإشارات كل شيء بدءًا من هجرة الخلايا استجابةً لعوامل النمو وصولاً إلى استجابات القتال أو الهروب إلى التهديدات البيئية للكائن الحي.

يتم تصنيع جزيئات الإشارات في خلايا الإشارات ثم أطلق سراحه ليؤثر على الآخرين الخلايا المستقبلة من خلال الارتباط بمستقبل مستهدف. في بعض الحالات ، يؤثر هذا المستقبل على أ الرسول الثاني داخل الخلية المتلقية.

يتضمن نقل الإشارة الخطوات التالية:

  • تخليق جزيء الإشارة بواسطة خلية إشارة (مثل هرمونات الغدة النخامية)
  • إطلاق جزيء الإشارة (على سبيل المثال في الدم أو المصفوفة خارج الخلية)
  • النقل إلى خلية استقبال (على سبيل المثال في الدم)
  • ملزمة للمستقبل
  • بدء نقل الإشارات داخل الخلايا
  • التغييرات الناتجة في الوظائف الخلوية (على سبيل المثال ، سيكون تنشيط الإنزيمات استجابة سريعة ، وتغيير التعبير الجيني سيكون استجابة أبطأ)
  • تنظيم التغذية الراجعة: إزالة جزيء الإشارة أو تعطيل المستقبل (على سبيل المثال عن طريق الالتقام الخلوي)

معظم جزيئات الإشارة كبيرة جدًا و / أو كارهة للماء لا يمكن اختراقها عبر غشاء الخلية ، ومن هنا تأتي الحاجة إلى مستقبلات البروتين على غشاء الخلية المستقبلة & # 8217s. عادة ما تكون المستقبلات عبارة عن بروتينات غشائية متكاملة وعادة ما يكون موقع الارتباط موجودًا في الجزء خارج الخلية تمامًا ولكن في بعض الأحيان يكون في مجال الغشاء الممتد. تجليد جزيئات الإشارة (ويعرف أيضًا باسم الرسل الأوائل) إلى مستقبلات سطح الخلية هذه يؤدي إلى زيادة أو نقصان في تركيز جزيئات الإشارات داخل الخلايا (الرسل الثاني) التي تربط البروتينات الأخرى لتعديل نشاطها.

عادةً ما تمر الاستجابات السريعة للإشارات البيئية عبر الجهاز العصبي وتنتقل عبر الهرمونات (الأنسولين والإبينفرين والدوبامين على سبيل المثال) المُصنَّعة في أماكن مثل البنكرياس أو الغدد النخامية أو الوطاء أو الخلايا العصبية الأخرى. يتم تصنيع جزيئات الإشارة في العصارة الخلوية ، ويتم نقلها عبر المسار الإفرازي ثم الاحتفاظ بها داخل الخلية حتى تشير الإشارة إلى إخراجها من الخلايا. عادةً ما تؤدي هذه الإشارات إلى & # 8216 استجابات قصيرة المدى & # 8217 ما لم تتعرض الخلية بالطبع للإشارة لفترة طويلة من الوقت.

فيما يلي أنواع الإشارات المختلفة:

    : الجزيئات التي يتم تصنيعها وإطلاقها عن طريق الخلايا الإشارية تنتقل عبر الدم وتتصرف عن بعد (مثل الهرمونات): عندما تستجيب الخلايا للمواد التي تطلقها بنفسها (مثل إنترلوكين -1): تستجيب الخلايا للمواد التي تطلقها الخلايا المجاورة (مثل النواقل العصبية والنمو عوامل). تشكل هذه في بعض الأحيان تدرج تركيز ينتج عنه تدرج في درجة الاستجابة الخلوية. : الإشارات داخل الخلايا ، لم يتم تناولها في هذه المحاضرة

في بعض الأحيان ، ترتبط الإشارات المرتبطة بالغشاء في إحدى الخلايا بالمستقبلات الموجودة في الخلايا المجاورة لتحفيز التمايز. هنا بروتينات الغشاء نفسها هي الروابط. في بعض الأحيان تنشطر بروتينات الغشاء وتصبح ذائبة ومن ثم قد تعمل عن بعد.

التقنيات التجريبية

إحدى التقنيات التجريبية لإيجاد البروتين الذي يعمل كمستقبل لجزيء إشارة معين هي كروماتوغرافيا التقارب:

  • اقترن الليجند (جزيء الإشارة) إلى حبة
  • فضح حبات لاستخراج الخلوية
  • اغسل أي شيء لم يرتبط بخرز
  • أضف الآن الكثير من جزيء الإشارة. إن تقارب المستقبل & # 8217s للرابط ليس مطلقًا ، فهم يرتبطون وينفصلون بشكل متكرر ، لذلك سينفصل بعض المستقبلات عن الروابط المرتبطة بالخرز ويرتبط بالرابط الحر.
  • جمع وتنقية مجمعات الليجند / المستقبلات
  • تحديد هوية مستقبلات الببتيد (على سبيل المثال من خلال المواصفات الجماعية؟)
  • تحديد الترميز الجيني لهذا الببتيد
  • عبر عن هذا الجين على نوع خلية تعرف أنه لا يعبر عنه عادةً ، واختبر ما إذا كان ذلك يتسبب في ربط هذا النوع من الخلايا بالرابط.

وبالمثل ، يمكن استخدام الاستنساخ الجزيئي. ما عليك سوى أخذ نوع خلية لا يربط & # 8217t ligand ويفحص مكتبة من cDNAs للعثور على تلك التي تتسبب في ربط الخلية بالرابط.

بالتناوب ، إذا كنت تعرف تأثير إشارة الخلية A & # 8217s على الخلية B ، فيمكنك استخدام شاشات الطفرات. على سبيل المثال ، إذا كنت تعرف أن الخلية A تجعل الخلية B تصبح خلية R7 بدلاً من خلية مخروطية ، فيمكنك فحص الطفرات التي تصبح خلية مخروطية. قد يكون لدى هؤلاء المسوخ مستقبل إشارة التمايز المعينة تلك معطلة. لكن الطفرات الأخرى في المسار ذي الصلة يمكن أن تخلق إيجابيات خاطئة ، لذا فهذه تقنية صعبة.

تتمثل إحدى طرق اختبار وظيفة المستقبلات المقترنة بالبروتين G (المقدمة أدناه) في نقل طاقة الرنين الفلوري (FRET) الذي يتيح لك الحصول على قراءة لقرب بروتينين مختلفين.

مستقبلات البروتين G

أكبر فئة من المستقبلات هي مستقبلات البروتين G (GPCRs). يوجد

900 منهم. يؤدي تنشيط هذه المستقبلات إلى تغيير التعبير الجيني ويمكن أن يؤدي إلى التمايز. غالبًا ما تكون الآلية هي أن ارتباط الترابط له نشاط مرفق البيئة العالمية: فهو يتسبب في تغيير توافقي في GPCR الذي يقوم بتبادل إجمالي الناتج المحلي مقابل GTP. سيعمل GAP المنفصل لاحقًا باعتباره & # 8216inactivator & # 8217 ، مما يتسبب في قيام بروتين G بتحليل GTP مائيًا ، مما يجعله مرتبطًا بالناتج المحلي الإجمالي وبالتالي في حالة غير نشطة.

الإبينفرين هرمون يرتبط بـ GPCR. في الكبد ، يمكن أن يسبب زيادة في مستويات cAMP مما يؤدي إلى انهيار الجليكوجين وإطلاق الجلوكوز في العضلات ، ويزيد الكالسيوم 2+ داخل الخلايا ويعزز تقلص العضلات.

الجميع GPCRs عبارة عن بروتينات عبر الغشاء ذات 7 تمريرات مع الطرف N خارج الخلية والنهاية C السيتوبلازمية ، وبالتالي تحتوي على 4 مجالات خارج الخلية و 4 نطاقات عصارية خلوية (تسمى E1-4 ، C1-4 على التوالي). ترتبط ببروتينات G الثلاثية (انظر أدناه) ، عادةً عبر نطاقات C2 و C3 و C4 الخاصة بها. يتكون السطح الخارجي للبلازما بشكل أساسي من أحماض أمينية كارهة للماء. تختلف الأحماض الأمينية الخلوية.

على نطاق واسع ، هناك فئتان من بروتينات G تشارك في إرسال الإشارات:

  1. بروتينات G الأحادية مثل Ras هي مجرد بروتين G واحد يعمل كمفتاح تشغيل / إيقاف وفقًا لربط GTP (الذي تروج له GEFs) والتحلل المائي GTP (الذي تروج له GAPs). يشارك بعض هؤلاء في التمايز ، والاستماتة ، وما إلى ذلك ، وكثيرًا ما يتم تحورهم في السرطانات.
  2. بروتينات G الثلاثية عبارة عن مجمعات من ثلاثة بروتينات (تسمى بشكل متوقع وحدات فرعية ألفا وبيتا وجاما) والتي ترتبط أيضًا بـ GPCR لما مجموعه أربعة بروتينات. الوحدتان الفرعيتان ألفا وجاما كلاهما غشاء مرتبط عبر الدهون. تظل وحدتا بيتا وجاما الفرعيتان معًا دائمًا (مثل & # 8216 وحدة G beta gamma الفرعية & # 8217). بدون الارتباط الترابطي خارج الخلية بـ GPCR ، ترتبط الوحدة الفرعية ألفا بالناتج المحلي الإجمالي وترتبط أيضًا في مجمع مع بيتا وجاما (الموضع & # 8216off & # 8217). يعمل الرابط الترابطي كمرفق للبيئة العالمية ، مما يتسبب في تبادل ألفا للناتج المحلي الإجمالي مقابل GTP ، وعندها ينفصل عن بيتا وغاما وينجرف بعيدًا ليرتبط بمركب مستجيب مختلف ، مما يتسبب في إرسال إشارات المصب

تظهر دورة تنشيط وإلغاء تنشيط بروتينات G و GPCRs في رسم ويكيميديا ​​كومنز هذا بواسطة repapetilto:

أشهر مسارات مستقبلات البروتين المقترنة ببروتين G هي تلك التي يكون فيها بروتين المستجيب الذي يرتبط به Gα هو adenylate cyclase (AC). AC هو إنزيم يحفز تحويل ATP إلى cAMP. قد تقوم Gα المختلفة إما بتنشيط أو تعطيل التيار المتردد ، ولكن في كلتا الحالتين ، فإن النتيجة هي أن GPCR يعمل عبر التيار المتردد لاستخدام cAMP كمرسل ثانٍ يؤثر على التغييرات المصب في الخلية ، غالبًا (دائمًا؟) من خلال الارتباط بـ Protein Kinases وتنشيطه أ (PKAs).

فيما يلي بعض الأمثلة على مسارات الاختزال الكيميائي في المرحلة الغازية:

    (PGE1) هو المرسل الأول الذي يربط GPCR ، مما يمنع AC وبالتالي يقلل من cAMP ، مما يؤدي إلى توسع الأوعية من خلال مسارات المصب. في عضلة القلب. هناك عدة أنواع من هذه الأنواع ، وكلها تعمل على تنشيط بروتين G. بعض الإشارات عبر cAMP ، والبعض الآخر يفتح أو يغلق K + والقنوات الأخرى. تم إطلاقه استجابة لإشارات انخفاض السكر في الدم لزيادة في cAMP داخل الخلايا ، مما يتسبب في إشارة PKA إلى إنتاج أقل للجليكوجين والمزيد من تحلل الجليكوجين ، وبالتالي تحرير الطاقة المخزنة في الخلية على شكل جلوكوز 1 فوسفات. (PLC) هو فوسفوديستراز ، الذي يشق فوسفاتيديلينوسيتول 4.5 ثنائي الفوسفات إلى جزيئين ، IP3 و DAG ، اللذان يعمل كل منهما كرسل ثانٍ في IP3/ مسار DAG. IP عصاري خلوي3 يرتبط بقناة Ca 2+ في غشاء ER ، ويطلق Ca 2+ المخزنة في ER إلى العصارة الخلوية. ثم يتم تنشيط بروتين كيناز سي (PKC) عن طريق الارتباط بكل من DAG و Ca 2+ ، وبمجرد تنشيطه فإنه سيربط ويفسفر الركائز المختلفة. سوف يتسبب Ca 2+ أيضًا في حدوث جميع أنواع التغييرات الأخرى في مجرى النهر مثل تنشيط الكالودولين.

إليك مقطع فيديو يلخص العديد من مفاهيم تأشير البروتين G:

تضخيم الإشارات

يتم تضخيم العديد من الإشارات بشكل كبير في الخلية المستقبلة. على سبيل المثال ، يمكن لجزيء إبينفرين واحد تنشيط عدد قليل من ACs ، كل منها ينتج العديد من cAMPs ، كل منها يرتبط بـ PKA واحد ، كل منها يفسد العديد من الإنزيمات ، كل منها ينتج العديد من المنتجات النهائية. يمكن لهذا النوع من التسلسل تضخيم إشارة 100 إلى 1000 ضعف.

من ناحية أخرى ، تمتلك الخلايا العديد من آليات التغذية الراجعة لتقليل أو إيقاف تشغيل الإشارات الواردة. على سبيل المثال ، قد تتسبب PKAs في الفسفرة وتعطيل المستقبل ، وقد تتسبب الخلية في تلطيخ المستقبل بعد إشارة β-stopin ، وقد تتسبب GAPs في تحلل Galpha المائي لـ ATP والعودة إلى بروتين G في موضع & # 8216off & # 8217 ، أو نوع من قد يكسر فسفودايستراز (الذي ينظمه الفسفرة بواسطة PKA) cAMP إلى AMP.

أهمية لـ PRP

إحدى النظريات المتعلقة بوظيفة PrP & # 8217s الأصلية هي أنها تشارك في نقل الإشارة. هناك ورقة يُستشهد بها كثيرًا هي Mouillet-Richard 2000 (قدم) ، التي ورطت PrP C كمستقبل في سلسلة إشارات تتضمن Fyn (الجين: FYN) و Caveolin-1 (الجين: CAV1). العلاقة المحتملة لهذا المرض لمرض البريون ليست واضحة تمامًا بعد ، ولكن في العام الماضي ظهرت بعض الأدلة الجديدة الرائعة حول كيف يمكن أن يلعب هذا دورًا في مرض الزهايمر [لارسون 2012]. أنت & # 8217 ستتذكر من منشور PrP / Aβ أن PrP قد ثبت أنه يربط Aβ oligomers [Lauren 2009] ، وعلى الرغم من أنه & # 8217s لا يزال مثيرًا للجدل للغاية ، فقد تم اقتراح هذا الارتباط ليكون ضروريًا لسمية Aβ ، مما يشير إلى أن PrP وسيط لا غنى عنه في التسبب في مرض الزهايمر. وفي الوقت نفسه ، كان هناك & # 8217s أيضًا دليلًا (يراجع Larson) على أن Aβ ينشط Fyn ، وأن هذا التنشيط مطلوب لبعض جوانب مرض الزهايمر & # 8217. Fyn هو Src tyrosine kinase ، مما يعني أنه عندما يكون نشطًا فإنه يفسفر بقايا Y على البروتينات الأخرى.

كانت مساهمة Larson & # 8217s هي إظهار أنه عندما يربط Aβ PrP C ، يتجمع PrP C مع Fyn ، مما يؤدي إلى تنشيط نشاط كيناز الخاص به ويسبب فوسفوريلات Tau. إذا كان هذا صحيحًا ، فقد يبدو أن هذا يضع PRP في الرابط السببي المفقود منذ فترة طويلة بين السمتين الكبيرتين لعلم أمراض الزهايمر: قلة Aβ وتشابك تاو مفرط الفسفرة. من المؤكد أن هذا الاستنتاج مثير للجدل ، واعترافاً بالجدل الكبير الذي يحيط بالفعل باتصال PrP / Aβ ، كان المؤلفون صريحين للغاية بشأن بالضبط ما هي البروتينات التي استخدموها ، وحصلوا عليها من أين ونقوا كيف ، ثم ماذا قاسوا وكيف. كان هذا هو التحريض على مقال رأي مجهول بشكل غريب ، & # 8220State of Aggregation & # 8221 in Nature Neuroscience [لم يتم إدراج مؤلفين مدرجين في قائمة 2011] والذي نص على ما يلي:

من الأهمية بمكان أن الدراسات التي تدرس النتائج الوظيفية للبروتينات المجمعة تحدد بوضوح المصدر الدقيق وحالة التجميع للبروتين وتناقش بشكل نقدي الآثار المترتبة على نهجها.

نأمل أن يؤدي هذا الانفتاح إلى بعض الإجابات الواضحة حول PrP و Aβ في المستقبل القريب. لا يبدو دليل Larson & # 8217 مقنعًا تمامًا ، وقد يستحق بعض المعالجة الإضافية على هذه المدونة بعد قراءة ثانية.

حول إريك فالاب مينيكيل

Eric Vallabh Minikel في مهمة مستمرة مدى الحياة للوقاية من مرض البريون. وهو عالم في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد.


9.1 جزيئات الإشارات والمستقبلات الخلوية

هناك نوعان من الاتصالات في عالم الخلايا الحية.الاتصال بين الخلايا يسمى الإشارات بين الخلايا ، والاتصال داخل الخلية يسمى الإشارات داخل الخلايا. طريقة سهلة لتذكر التمييز هي من خلال فهم الأصل اللاتيني للبادئات: الوسيلة الوسيطة "بين" (على سبيل المثال ، الخطوط المتقاطعة هي تلك التي تتقاطع مع بعضها البعض) والداخلية "داخل" (مثل الوريد).

يتم إطلاق الإشارات الكيميائية من خلال إشارات الخلايا في شكل جزيئات صغيرة متطايرة أو قابلة للذوبان تسمى الروابط. الترابط هو جزيء يربط جزيءًا محددًا آخر ، في بعض الحالات ، يقدم إشارة في العملية. وبالتالي يمكن اعتبار الروابط الترابطية بمثابة جزيئات إشارات. تتفاعل الروابط مع البروتينات في الخلايا المستهدفة ، وهي خلايا تتأثر بالإشارات الكيميائية وتسمى هذه البروتينات أيضًا بالمستقبلات. توجد الروابط والمستقبلات في العديد من الأصناف ، ومع ذلك ، سيكون لرابط معين مستقبل محدد يرتبط عادةً فقط بهذا الترابط.

أشكال التشوير

توجد أربع فئات من الإشارات الكيميائية الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا: إشارات paracrine ، وإشارات الغدد الصماء ، وإشارات autocrine ، والإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة (الشكل 9.2). يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الفئات المختلفة للإشارة في المسافة التي تقطعها الإشارة عبر الكائن الحي للوصول إلى الخلية المستهدفة. لا تتأثر جميع الخلايا بنفس الإشارات.

تشوير Paracrine

تسمى الإشارات التي تعمل محليًا بين الخلايا القريبة من بعضها بإشارات paracrine. تتحرك إشارات Paracrine عن طريق الانتشار عبر المصفوفة خارج الخلية. عادةً ما تثير هذه الأنواع من الإشارات استجابات سريعة لا تدوم سوى فترة زمنية قصيرة. من أجل الحفاظ على الاستجابة موضعية ، عادة ما تتحلل جزيئات باراكرين يجند بسرعة بواسطة الإنزيمات أو إزالتها بواسطة الخلايا المجاورة. ستؤدي إزالة الإشارات إلى إعادة إنشاء تدرج التركيز للإشارة ، مما يسمح لها بالانتشار بسرعة عبر الفضاء داخل الخلايا إذا تم إطلاقها مرة أخرى.

أحد الأمثلة على إشارات paracrine هو نقل الإشارات عبر نقاط الاشتباك العصبي بين الخلايا العصبية. تتكون الخلية العصبية من جسم الخلية ، وعدة امتدادات قصيرة ومتفرعة تسمى التشعبات التي تستقبل المنبهات ، وامتداد طويل يسمى المحور العصبي ، والذي ينقل الإشارات إلى الخلايا العصبية أو الخلايا العضلية الأخرى. يُطلق على التقاطع بين الخلايا العصبية حيث يحدث إرسال الإشارات اسم المشبك. الإشارة المتشابكة هي إشارة كيميائية تنتقل بين الخلايا العصبية. تنتشر الإشارات داخل الخلايا العصبية بواسطة نبضات كهربائية سريعة الحركة. عندما تصل هذه النبضات إلى نهاية المحور العصبي ، تستمر الإشارة إلى تغصن الخلية التالية عن طريق إطلاق روابط كيميائية تسمى الناقلات العصبية بواسطة الخلية قبل المشبكية (الخلية التي تصدر الإشارة). يتم نقل الناقلات العصبية عبر مسافات صغيرة جدًا بين الخلايا العصبية ، والتي تسمى المشابك الكيميائية (الشكل 9.3). المسافة الصغيرة بين الخلايا العصبية تسمح للإشارة بالانتقال بسرعة مما يتيح استجابة فورية ، مثل ارفع يدك عن الموقد!

عندما يربط الناقل العصبي المستقبل على سطح الخلية ما بعد المشبكي ، يتغير الجهد الكهروكيميائي للخلية المستهدفة ، ويتم إطلاق الدافع الكهربائي التالي. تتحلل النواقل العصبية التي يتم إطلاقها في المشبك الكيميائي بسرعة أو يتم امتصاصها من قبل الخلية قبل المشبكية بحيث يمكن للخلية العصبية المتلقية التعافي بسرعة والاستعداد للاستجابة بسرعة للإشارة المشبكية التالية.

إشارات الغدد الصماء

تسمى الإشارات من الخلايا البعيدة إشارات الغدد الصماء ، وتنشأ من خلايا الغدد الصماء. (في الجسم ، توجد العديد من خلايا الغدد الصماء في الغدد الصماء ، مثل الغدة الدرقية ، وما تحت المهاد ، والغدة النخامية.) عادةً ما تنتج هذه الأنواع من الإشارات استجابة أبطأ ولكن لها تأثير طويل الأمد. تسمى الروابط التي يتم إطلاقها في إشارات الغدد الصماء بالهرمونات ، والتي تشير إلى الجزيئات التي يتم إنتاجها في جزء واحد من الجسم ولكنها تؤثر على مناطق الجسم الأخرى على بعد مسافة ما.

تنتقل الهرمونات لمسافات كبيرة بين خلايا الغدد الصماء وخلاياها المستهدفة عبر مجرى الدم ، وهي طريقة بطيئة نسبيًا للتنقل في جميع أنحاء الجسم. بسبب شكل نقلها ، يتم تخفيف الهرمونات وتوجد بتركيزات منخفضة عندما تعمل على الخلايا المستهدفة. هذا يختلف عن إشارات paracrine ، حيث يمكن أن تكون التركيزات المحلية من الروابط عالية جدًا.

التشوير الأوتوقراطي

يتم إنتاج إشارات الأوتوكرين عن طريق إشارات الخلايا التي يمكنها أيضًا الارتباط بالرابط الذي يتم إطلاقه. هذا يعني أن خلية الإشارة والخلية المستهدفة يمكن أن تكون متطابقة أو خلية متشابهة (البادئة تلقاءي- تعني الذات ، تذكير بأن خلية الإشارة ترسل إشارة إلى نفسها). غالبًا ما يحدث هذا النوع من الإشارات أثناء التطور المبكر للكائن الحي للتأكد من أن الخلايا تتطور إلى الأنسجة الصحيحة وتؤدي الوظيفة المناسبة. تنظم إشارات الأوتوكرين أيضًا الإحساس بالألم والاستجابات الالتهابية. علاوة على ذلك ، إذا كانت الخلية مصابة بفيروس ، يمكن للخلية أن ترسل إشارات لنفسها للخضوع لموت الخلية المبرمج ، مما يؤدي إلى قتل الفيروس في هذه العملية. في بعض الحالات ، تتأثر الخلايا المجاورة من نفس النوع أيضًا بالرابط المحرر. في التطور الجنيني ، قد تساعد عملية تحفيز مجموعة من الخلايا المجاورة في توجيه تمايز الخلايا المتطابقة إلى نفس نوع الخلية ، وبالتالي ضمان النتيجة التنموية المناسبة.

الإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة

تقاطعات الفجوات في الحيوانات و plasmodesmata في النباتات هي وصلات بين أغشية البلازما للخلايا المجاورة. تسمح هذه القنوات المليئة بالماء لجزيئات الإشارات الصغيرة ، التي تسمى الوسطاء داخل الخلايا ، بالانتشار بين الخليتين. يمكن للجزيئات الصغيرة ، مثل أيونات الكالسيوم (Ca 2+) ، أن تنتقل بين الخلايا ، لكن الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والحمض النووي لا يمكنها المرور عبر القنوات. تضمن خصوصية القنوات أن تظل الخلايا مستقلة ولكن يمكنها نقل الإشارات بسرعة وسهولة. يعمل نقل جزيئات الإشارة على توصيل الحالة الحالية للخلية المجاورة مباشرة للخلية المستهدفة ، مما يسمح لمجموعة من الخلايا بتنسيق استجابتها للإشارة التي ربما تلقت إحداها فقط. في النباتات ، تنتشر plasmodesmata في كل مكان ، مما يجعل النبات بأكمله في شبكة اتصالات عملاقة.

أنواع المستقبلات

المستقبلات عبارة عن جزيئات بروتينية في الخلية المستهدفة أو على سطحها تربط الترابط. هناك نوعان من المستقبلات ، المستقبلات الداخلية ومستقبلات سطح الخلية.

المستقبلات الداخلية

تم العثور على المستقبلات الداخلية ، والمعروفة أيضًا باسم المستقبلات داخل الخلايا أو السيتوبلازم ، في سيتوبلازم الخلية وتستجيب لجزيئات الربيطة الكارهة للماء القادرة على السفر عبر غشاء البلازما. بمجرد دخول الخلية ، يرتبط العديد من هذه الجزيئات بالبروتينات التي تعمل كمنظمين لتخليق الرنا المرسال (النسخ) للتوسط في التعبير الجيني. التعبير الجيني هو العملية الخلوية لتحويل المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلية إلى سلسلة من الأحماض الأمينية ، والتي تشكل في النهاية بروتينًا. عندما يرتبط الترابط بالمستقبل الداخلي ، يتم تشغيل تغيير توافقي يكشف موقع ارتباط الحمض النووي على البروتين. ينتقل مركب مستقبلات اللجند إلى النواة ، ثم يرتبط بمناطق تنظيمية محددة للحمض النووي الصبغي ويعزز بدء النسخ (الشكل 9.4). النسخ هو عملية نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلايا إلى شكل خاص من الحمض النووي الريبي يسمى messenger RNA (mRNA) تستخدم الخلية المعلومات الموجودة في mRNA (التي تنتقل إلى السيتوبلازم وترتبط بالريبوسومات) لربط الأحماض الأمينية المحددة في الترتيب الصحيح ، إنتاج البروتين. يمكن للمستقبلات الداخلية أن تؤثر بشكل مباشر على التعبير الجيني دون الحاجة إلى تمرير الإشارة إلى مستقبلات أو رسل أخرى.

مستقبلات سطح الخلية

مستقبلات سطح الخلية ، والمعروفة أيضًا باسم مستقبلات الغشاء ، هي عبارة عن بروتينات (متكاملة) على سطح الخلية ترتبط بجزيئات الترابط الخارجي. يمتد هذا النوع من المستقبلات عبر غشاء البلازما ويقوم بنقل الإشارة ، حيث يتم تحويل الإشارة خارج الخلية إلى إشارة بين الخلايا. لا يتعين على الروابط التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية أن تدخل الخلية التي تؤثر عليها. تسمى مستقبلات سطح الخلية أيضًا بالبروتينات أو الواسمات الخاصة بالخلية لأنها خاصة بأنواع الخلايا الفردية.

نظرًا لأن بروتينات مستقبلات سطح الخلية أساسية لعمل الخلية الطبيعي ، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن خللًا في أي من هذه البروتينات يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. ثبت أن الأخطاء في الهياكل البروتينية لجزيئات مستقبلات معينة تلعب دورًا في ارتفاع ضغط الدم (ارتفاع ضغط الدم) والربو وأمراض القلب والسرطان.

يحتوي كل مستقبل على سطح الخلية على ثلاثة مكونات رئيسية: مجال ارتباط ليجند خارجي ، ومنطقة تمتد غشاء كاره للماء ، ومجال داخل الخلية داخل الخلية. يُطلق على مجال ربط الترابط أيضًا اسم المجال خارج الخلية. يختلف حجم ومدى كل من هذه المجالات بشكل كبير ، اعتمادًا على نوع المستقبلات.

اتصال التطور

كيف تتعرف الفيروسات على المضيف

على عكس الخلايا الحية ، لا تحتوي العديد من الفيروسات على غشاء بلازما أو أي من الهياكل الضرورية لاستمرار الحياة. تتكون بعض الفيروسات ببساطة من غلاف بروتين خامل يحتوي على DNA أو RNA. للتكاثر ، يجب أن تغزو الفيروسات خلية حية ، تعمل كمضيف ، ثم تستولي على الجهاز الخلوي للمضيف. لكن كيف يتعرف الفيروس على مضيفه؟

غالبًا ما ترتبط الفيروسات بمستقبلات سطح الخلية في الخلية المضيفة. على سبيل المثال ، يرتبط الفيروس المسبب للأنفلونزا البشرية (الأنفلونزا) بشكل خاص بمستقبلات على أغشية خلايا الجهاز التنفسي. الاختلافات الكيميائية في مستقبلات سطح الخلية بين المضيفين تعني أن الفيروس الذي يصيب نوعًا معينًا (على سبيل المثال ، البشر) لا يمكن أن يصيب أنواعًا أخرى (على سبيل المثال ، الدجاج).

ومع ذلك ، تحتوي الفيروسات على كميات صغيرة جدًا من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي مقارنة بالبشر ، ونتيجة لذلك ، يمكن أن يحدث التكاثر الفيروسي بسرعة. ينتج عن التكاثر الفيروسي دائمًا أخطاء يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في الفيروسات المنتجة حديثًا ، وتعني هذه التغييرات أن البروتينات الفيروسية التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية قد تتطور بطريقة يمكنها من الارتباط بمستقبلات في مضيف جديد. تحدث مثل هذه التغييرات بشكل عشوائي وفي كثير من الأحيان في الدورة التكاثرية للفيروس ، ولكن التغييرات مهمة فقط إذا كان الفيروس ذو خصائص الارتباط الجديدة يتلامس مع مضيف مناسب. في حالة الإنفلونزا ، يمكن أن يحدث هذا الموقف في الأماكن التي يكون فيها الحيوانات والأشخاص على اتصال وثيق ، مثل مزارع الدواجن والخنازير. 1 بمجرد أن ينتقل الفيروس إلى مضيف جديد ، يمكن أن ينتشر بسرعة. يراقب العلماء الفيروسات التي تظهر حديثًا (تسمى الفيروسات الناشئة) عن كثب على أمل أن تقلل هذه المراقبة من احتمالية انتشار الأوبئة الفيروسية العالمية.

تشارك مستقبلات سطح الخلية في معظم الإشارات في الكائنات متعددة الخلايا. هناك ثلاث فئات عامة من مستقبلات سطح الخلية: المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات ، والمستقبلات المرتبطة بالبروتين G ، والمستقبلات المرتبطة بالإنزيم.

تربط المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات الرابطة الرابطة وتفتح قناة عبر الغشاء تسمح بمرور أيونات معينة. لتشكيل قناة ، يحتوي هذا النوع من مستقبلات سطح الخلية على منطقة ممتدة من الغشاء. من أجل التفاعل مع ذيول الأحماض الدهنية الفسفورية التي تشكل مركز غشاء البلازما ، فإن العديد من الأحماض الأمينية في المنطقة الممتدة للغشاء تكون بطبيعتها كارهة للماء. على العكس من ذلك ، فإن الأحماض الأمينية التي تبطن داخل القناة هي ماء للسماح بمرور الماء أو الأيونات. عندما يرتبط الترابط بالمنطقة خارج الخلية للقناة ، يحدث تغيير تكوين في بنية البروتينات التي تسمح بمرور الأيونات مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم والهيدروجين (الشكل 9.5).

ترتبط المستقبلات المرتبطة ببروتين G بالرابط وتنشط بروتينًا غشائيًا يسمى G-protein. ثم يتفاعل البروتين G المنشط مع قناة أيونية أو إنزيم في الغشاء (الشكل 9.6). تحتوي جميع المستقبلات المرتبطة ببروتين G على سبعة مجالات عبر الغشاء ، ولكن لكل مستقبل مجاله خارج الخلية وموقع ربط بروتين G.

تحدث إشارات الخلية باستخدام مستقبلات مرتبطة ببروتين G كسلسلة دورية من الأحداث. قبل أن يرتبط اللاجند ، يمكن للبروتين G غير النشط أن يرتبط بموقع تم الكشف عنه حديثًا على المستقبل المحدد لارتباطه. بمجرد أن يرتبط الارتباط بالمستقبل ، فإن التغيير الناتج في الشكل ينشط البروتين G ، الذي يطلق الناتج المحلي الإجمالي ويلتقط GTP. ثم انقسمت الوحدات الفرعية للبروتين G إلى α الوحدة الفرعية و βγ الوحدة الفرعية. قد يكون أحد شظايا البروتين G أو كليهما قادرًا على تنشيط بروتينات أخرى نتيجة لذلك. بعد فترة ، GTP على النشط α يتم تحلل الوحدة الفرعية للبروتين G إلى الناتج المحلي الإجمالي و βγ تم إلغاء تنشيط الوحدة الفرعية. تعيد الوحدات الفرعية الارتباط لتشكيل بروتين G غير النشط وتبدأ الدورة من جديد.

تمت دراسة المستقبلات المرتبطة بالبروتين G على نطاق واسع وتم تعلم الكثير عن أدوارها في الحفاظ على الصحة. يمكن للبكتيريا المسببة للأمراض للإنسان أن تطلق السموم التي تعطل وظيفة مستقبلات محددة مرتبطة ببروتين G ، مما يؤدي إلى أمراض مثل السعال الديكي والتسمم الغذائي والكوليرا. في الكوليرا (الشكل 9.7) ، على سبيل المثال ، البكتيريا التي تنقلها المياه ضمة الكوليرا ينتج مادة سامة ، كوليراجين ، والتي ترتبط بالخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة. يدخل السم بعد ذلك إلى هذه الخلايا المعوية ، حيث يقوم بتعديل بروتين G الذي يتحكم في فتح قناة الكلوريد ويؤدي إلى استمرار نشاطها ، مما يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من السوائل من الجسم وبالتالي حدوث جفاف قاتل نتيجة لذلك.

المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هي مستقبلات على سطح الخلية مع مجالات داخل الخلايا مرتبطة بإنزيم. في بعض الحالات ، يكون المجال داخل الخلايا للمستقبل نفسه عبارة عن إنزيم. تحتوي المستقبلات الأخرى المرتبطة بالإنزيم على مجال صغير داخل الخلايا يتفاعل مباشرة مع إنزيم. عادةً ما تحتوي المستقبلات المرتبطة بالإنزيم على مجالات كبيرة خارج الخلية وداخلها ، لكن المنطقة الممتدة للغشاء تتكون من منطقة حلزونية ألفا واحدة من حبلا الببتيد. عندما يرتبط الترابط بالمجال خارج الخلية ، يتم نقل إشارة عبر الغشاء ، مما يؤدي إلى تنشيط الإنزيم. يؤدي تنشيط الإنزيم إلى إطلاق سلسلة من الأحداث داخل الخلية تؤدي في النهاية إلى الاستجابة. أحد الأمثلة على هذا النوع من المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هو مستقبلات التيروزين كيناز (الشكل 9.8). كيناز هو إنزيم ينقل مجموعات الفوسفات من ATP إلى بروتين آخر. ينقل مستقبل التيروزين كيناز مجموعات الفوسفات إلى جزيئات التيروزين (بقايا التيروزين). أولاً ، ترتبط جزيئات الإشارة بالمجال خارج الخلية لمستقبلين قريبين من التيروزين كيناز. ثم يترابط المستقبلان المجاوران معًا ، أو يتناقصان. ثم يضاف الفوسفات إلى بقايا التيروزين على المجال داخل الخلايا للمستقبلات (الفسفرة). يمكن للبقايا المفسفرة بعد ذلك نقل الإشارة إلى المرسل التالي داخل السيتوبلازم.

اتصال مرئي

HER2 هو مستقبلات التيروزين كيناز. في 30 بالمائة من سرطانات الثدي البشرية ، يتم تنشيط HER2 بشكل دائم ، مما يؤدي إلى انقسام الخلايا غير المنظم. Lapatinib ، دواء يستخدم لعلاج سرطان الثدي ، يثبط مستقبل HER2 التيروزين كيناز (العملية التي يضيف بها المستقبل الفوسفات إلى نفسه) ، وبالتالي يقلل من نمو الورم بنسبة 50 في المائة. إلى جانب الفسفرة الذاتية ، أي من الخطوات التالية يمكن أن يثبطها Lapatinib؟

  1. ربط جزيء الإشارة ، و dimerization ، والاستجابة الخلوية المصب
  2. Dimerization ، والاستجابة الخلوية المصب
  3. الاستجابة الخلوية المصب
  4. نشاط الفوسفاتيز ، و dimerization ، والاستجابة الخلوية أسفل البخار

جزيئات الإشارات

تُنتَج بواسطة خلايا الإشارة والارتباط اللاحق بالمستقبلات في الخلايا المستهدفة ، تعمل الروابط الترابطية كإشارات كيميائية تنتقل إلى الخلايا المستهدفة لتنسيق الاستجابات. تتنوع أنواع الجزيئات التي تعمل كروابط بشكل لا يصدق وتتراوح من البروتينات الصغيرة إلى الأيونات الصغيرة مثل الكالسيوم (Ca 2+).

روابط صغيرة كارهة للماء

يمكن أن تنتشر الروابط الصغيرة الكارهة للماء مباشرة من خلال غشاء البلازما وتتفاعل مع المستقبلات الداخلية. الأعضاء المهمين في هذه الفئة من الروابط هي هرمونات الستيرويد. الستيرويدات عبارة عن دهون لها هيكل عظمي هيدروكربوني مع أربع حلقات مدمجة تحتوي المنشطات المختلفة على مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بهيكل الكربون. تشمل هرمونات الستيرويد هرمون الجنس الأنثوي ، استراديول ، وهو نوع من هرمون الاستروجين وهرمون الذكورة والتستوستيرون والكوليسترول ، وهو مكون هيكلي مهم للأغشية البيولوجية وسلائف لهرمونات الستيرويد (الشكل 9.9). تشمل الهرمونات الأخرى الكارهة للماء هرمونات الغدة الدرقية وفيتامين د. لكي تكون قابلة للذوبان في الدم ، يجب أن ترتبط الروابط الكارهة للماء بالبروتينات الحاملة أثناء نقلها عبر مجرى الدم.

روابط قابلة للذوبان في الماء

تعتبر الروابط القابلة للذوبان في الماء قطبية وبالتالي لا يمكنها المرور عبر غشاء البلازما دون مساعدة في بعض الأحيان ، فهي كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تمر عبر الغشاء على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، ترتبط معظم الروابط القابلة للذوبان في الماء بالمجال خارج الخلية لمستقبلات سطح الخلية. هذه المجموعة من الترابطات متنوعة تمامًا وتتضمن جزيئات صغيرة وببتيدات وبروتينات.

روابط أخرى

أكسيد النيتريك (NO) هو غاز يعمل أيضًا كليجند. إنه قادر على الانتشار مباشرة عبر غشاء البلازما ، وأحد أدواره هو التفاعل مع المستقبلات في العضلات الملساء والحث على استرخاء الأنسجة. NO له عمر نصفي قصير جدًا ، وبالتالي فهو يعمل فقط على مسافات قصيرة. يعمل النتروجليسرين ، وهو علاج لأمراض القلب ، عن طريق تحفيز إطلاق أكسيد النيتروجين ، مما يؤدي إلى تمدد (تمدد) الأوعية الدموية ، وبالتالي استعادة تدفق الدم إلى القلب. أصبح NO معروفًا بشكل أفضل مؤخرًا لأن المسار الذي يؤثر عليه يتم استهدافه عن طريق الأدوية الموصوفة لعلاج ضعف الانتصاب ، مثل الفياجرا (يشمل الانتصاب تمدد الأوعية الدموية).


تعريف

بروتينات متكاملة: البروتينات المتكاملة هي بروتينات مرتبطة بشكل دائم بغشاء البلازما.

البروتينات المحيطية: البروتينات المحيطية هي بروتينات مرتبطة مؤقتًا بغشاء البلازما.

أسماء بديلة

بروتينات متكاملة: تسمى البروتينات المتكاملة بالبروتينات الجوهرية.

البروتينات المحيطية: تسمى البروتينات المحيطية بالبروتينات الخارجية.

موقع

بروتينات متكاملة: يتم تضمين البروتينات المتكاملة في الغشاء كله.

البروتينات المحيطية: توجد البروتينات الطرفية على السطح الداخلي أو الخارجي لطبقة ثنائية الفوسفوليبيد.

التفاعل مع النواة الكارهة للماء لطبقة الدهون الثنائية

بروتينات متكاملة: تتفاعل البروتينات المتكاملة بشكل كبير مع النواة الكارهة للماء للطبقة الدهنية الثنائية.

البروتينات المحيطية: تتفاعل البروتينات المحيطية بشكل أقل مع النواة الكارهة للماء للطبقة الدهنية الثنائية.

أنواع التفاعلات مع طبقة الليبيد ثنائية الطبقة

بروتينات متكاملة: ترتبط البروتينات المتكاملة بطبقة ثنائية الدهون عن طريق التفاعلات الكارهة للماء أو الكهروستاتيكية أو غير التساهمية.

البروتينات المحيطية: يحتفظ الهيكل الخلوي بالبروتينات الطرفية الموجودة على السطح الداخلي للطبقة الدهنية الثنائية.

مكون البروتين الغشائي

بروتينات متكاملة: تشكل البروتينات المتكاملة 70٪ من إجمالي بروتينات الغشاء.

البروتينات المحيطية: تشكل البروتينات المحيطية 30٪ من إجمالي بروتينات الغشاء.

محبة للماء / كارهة للماء

بروتينات متكاملة: تحتوي البروتينات المتكاملة على أجزاء محبة للماء وكارهة للماء.

البروتينات المحيطية: تحتوي البروتينات المحيطية على أجزاء محبة للماء.

وظيفة

بروتينات متكاملة: تعمل البروتينات المتكاملة كبروتينات حاملة وبروتينات قناة وإنزيمات.

البروتينات المحيطية: تعمل البروتينات المحيطية كمستقبلات ومستضدات سطحية.

إزالة البروتين

بروتينات متكاملة: يجب استخدام المنظفات لإزالة البروتينات المتكاملة من غشاء البلازما.

البروتينات المحيطية: يمكن استخدام محاليل الملح المخففة لإزالة البروتينات المحيطية من غشاء البلازما.

أمثلة

بروتينات متكاملة: يعد الجليكوفورين والرودوبسين و NADH ديهيدروجينيز أمثلة على البروتينات المتكاملة.

البروتينات المحيطية: السيتوكروم ج الميتوكوندريا و كريات الدم الحمراء سبيكترين أمثلة على البروتينات الطرفية.

استنتاج

البروتينات المتكاملة والطرفية نوعان من بروتينات الغشاء في طبقة ثنائية الفوسفوليبيد. تخترق البروتينات المتكاملة النواة الكارهة للماء للطبقة الدهنية الثنائية بينما ترتبط البروتينات المحيطية بالسطح داخل الخلايا أو خارج الخلية للطبقة الدهنية الثنائية. بروتينات الغشاء هي نوع من البروتينات المتكاملة. الفرق الرئيسي بين البروتينات المتكاملة والطرفية هو اختراق النواة الكارهة للماء للطبقة الدهنية الثنائية.

المرجعي:

1. لوديش ، هارفي. "بروتينات الغشاء." بيولوجيا الخلية الجزيئية. الطبعة الرابعة ، مكتبة الولايات المتحدة الوطنية للطب ، 1 يناير 1970 ، متاح هنا.
2. "بروتينات غشائية متكاملة". بروتينات غشائية متكاملة ، متوفرة هنا.
3. "بروتين الغشاء المحيطي". بروتين الغشاء المحيطي ، متوفر هنا.

الصورة مجاملة:

1. & # 8220Transmembrane receptor & # 8221 By Mouagip (نقاش) (CC BY-SA 3.0) عبر Commons Wikimedia
2. & # 8220Membrane protein & # 8221 بواسطة Meng-jou wu at English Wikibooks & # 8211 تم النقل من en.wikibooks إلى Commons بواسطة Adrignola (المجال العام) عبر Commons Wikimedia

نبذة عن الكاتب: لاكنه

لاكنا ، خريجة البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية ، هي عالمة أحياء جزيئية ولديها اهتمام واسع وحاد باكتشاف الأشياء ذات الصلة بالطبيعة


تصميم البروتينات الغشائية الوظيفية

الاستفادة من البصيرة المكتسبة من دراسات الببتيدات الحلزونية الغشائية والبروتينات ، يمكن إدخال وظائف في الأنظمة المصممة. تم تصميم البروتينات المرتبطة بالغشاء لتوفير & # x0201cswitch & # x0201d التي يمكن استخدامها لتعديل سلامة طبقة ثنائية الدهون. على وجه الخصوص ، من المعروف أن الببتيدات amphiphilic & # x003b1-helical هي مضادات للميكروبات وتمزق أغشية الخلايا. في هذا الصدد ، تم إعادة تصميم mastoparan X ، وهو ببتيد خلوي حلزوني طبيعي & # x003b1 لربط الكاتيونات ثنائية التكافؤ. عند ربط Zn (II) أو Ni (II) ، يتم تثبيت البنية البرمائية للببتيد المصمم ، مما يؤدي إلى تحلل الخلايا والحويصلات (Signarvic and Degrado ، 2009). توضح الاستراتيجية جدوى تصميم البروتينات التي يمكن تشغيلها بشكل انتقائي لتعطيل الأغشية.

يمكن أن يؤدي اندماج مجالات البروتين إلى إنتاج الوهميات المفيدة للدراسات الهيكلية ويمكن أيضًا استخدامها لتحقيق بروتينات غشائية مصممة بوظائف مستهدفة. أسفر أحد هذه الجهود عن قناة أيونية خماسية ذات بوابات ترابطية ، حيث تتألف كل وحدة فرعية من مجال خارج الخلية بدائية النواة ومجال غشاء حقيقي النواة (Duret et al. ، 2011). كان الجزء خارج الخلية من الوهم هو القناة الأيونية ذات البوابات البروتونية من Gloeobacter violaceus (GLIC) ، بينما كان قطاع الغشاء هو مستقبلات الجلايسين البشرية الانتقائية لأنيون # x003b11 (الشكل 1). تم تقليل حالات عدم التطابق المفترضة في الواجهة بين المجالات بدائية النواة وحقيقية النواة في الوهم. تم اختيار موقع الاندماج بعناية وتم تحويل الأشكال البينية المحددة من الهوية خارج الخلية (GLIC) إلى هوية الغشاء (مستقبلات الجلايسين # x003b11). تعمل الوهم كقناة أيونية ذات بوابات بروتون ، كما يتضح من البيانات الفيزيولوجية الكهربية التي تم الحصول عليها في Xenopus البويضات. علاوة على ذلك ، باستخدام تجارب التصحيح في خلايا الكلى الهامستر (BHK) ، تبين أن الكيميرا تعرض انتقائية الأنيون المماثلة لتلك الخاصة بمستقبلات الجلايسين. لا يتطلب نشاط الكيميرا تعديلات ما بعد الترجمة النموذجية للنطاقات خارج الخلية حقيقية النواة ، وبالتالي فإن البروتين مرشح جيد لأنظمة التعبير البكتيرية. يوفر هذا العمل نقطة انطلاق لدراسات الاقتران بين بوابة الترابط ونشاط القناة الأيونية ، بالإضافة إلى تطوير الأدوية ، حيث تشير النتائج إلى أن مستقبلات الجليسين GLIC و & # x003b11 قد تمتلك بنى متشابهة للغاية.

تقديم بنية بروتين غشاء الكيميرا بناءً على بنية GLIC (رمز الانضمام pdb: 3EHZ). المجال خارج الخلية (الأصفر) هو من قناة GLIC الأيونية بدائية النواة ببوابة البروتون ومجال الغشاء (الأزرق) هو من حقيقيات النوى الانتقائية الأنيونية & # x003b11 مستقبلات الجليسين (Duret et al. ، 2011). تم تلوين التعديلات الصغيرة في واجهة المجالين باللون الأرجواني والبرتقالي. من أجل الوضوح ، يتم تلوين الوحدات الفرعية الأخرى باللون الرمادي.

مثال آخر على تكوين بروتينات غشائية وظيفية كان مبنيًا على نموذج ثنائى الغشاء الغشائي الطبيعي. باستخدام بنية منطقة الغشاء في الجليكوفرين أ ، تم تصميم موقع ربط ثنائي هيستيدين لربط العامل المساعد Fe-protoporphyrin IX (كوردوفا وآخرون ، 2007). تم تعديل خمسة من أصل 32 من مخلفات الغشاء ، وتم تمييز الهيكل الناتج في المذيلات dodecylphosphocholine (DPC) (الشكل 2). يربط البروتين العامل المساعد بألفة دون دقيقة مولارية ويحتفظ بحالة قلة القلة القاتمة. علاوة على ذلك ، تميز النشاط التحفيزي للمركب بأكسدة الركيزة العضوية TMB (2،2 & # x02032،5،5 & # x02032 -Tetramethyl-benzidine). يخضع TMB لأكسدتين متتاليتين في وجود بيروكسيد لإنتاج TMB-ox ، ويشير تكوين الأخير إلى أن المركب يمثل نشاطًا متواضعًا للبيروكسيداز. تم إدخال طفرة واحدة (G25F) لتقييم تفاعلات البورفيرين العطرية. يربط الطافر الهيم بثابت تفكك أقل (بمعامل 1/10) ، ويعرض تغييراً في جهد نقطة الوسط ، ويظهر انخفاضًا في نشاط البيروكسيداز. تُعزى التغييرات إلى استقرار شكل Fe (III) في المتحولة. توضح النتائج استخدام البروتينات المصممة للتحكم في خصائص العامل المساعد البورفيرين داخل بيئة محلية غشائية.

تم تصوير موقع ربط ثنائي هيستيدين المصمم جنبًا إلى جنب مع بروتوبرفيرين IX يجند (كوردوفا وآخرون ، 2007). تم تلوين المواضع المعدلة في هيكل الجليكوفرين أ باللون الأزرق.


كيف يمكن أن يكون الليجند بروتينًا غشائيًا متكاملًا؟ - مادة الاحياء

بروتينات الغشاء ، خصائص

ليندا كولومبوس ، قسم الكيمياء ، جامعة فيرجينيا ، شارلوتسفيل ، فيرجينيا

روبرت ك.ناكاموتو ، قسم الفسيولوجيا الجزيئية والفيزياء البيولوجية ، جامعة فيرجينيا ، شارلوتسفيل ، فيرجينيا

ديفيد إس كافيسو ، قسم الكيمياء ، جامعة فيرجينيا ، شارلوتسفيل ، فيرجينيا

تشكل بروتينات الغشاء جزءًا مهمًا من البروتينات المشفرة في الجينوم النموذجي ، وهي ضرورية للعديد من العمليات الخلوية ، والتي تشمل النقل وإشارات الخلية ونقل الطاقة. يتم التأكيد على هذه الأهمية من خلال حقيقة أن بروتينات الغشاء تمثل الفئة الرئيسية من البروتينات المستهدفة للمستحضرات الصيدلانية المستخدمة حاليًا. ومع ذلك ، على الرغم من أهميتها ، هناك عدد قليل نسبيًا من النماذج عالية الدقة لبروتينات الغشاء ، ولا يُعرف الكثير عن وظيفتها الجزيئية. يعكس نقص المعلومات عن بروتينات الغشاء جزئيًا الصعوبات في التعبير الفعال عن هذه الفئة من البروتينات والصعوبات في الأساليب الهيكلية ، مثل الرنين المغناطيسي النووي عالي الدقة (NMR) ، غير المناسبة تمامًا لبروتينات الغشاء. في مجال البيولوجيا الهيكلية ، تمثل بروتينات الغشاء تحديًا كبيرًا ، وفي السنوات الأخيرة تم تطوير أدوات هيكلية وكيميائية حيوية جديدة لتمييز هذه الأنظمة. في هذه المراجعة ، نناقش وظائف وخصائص بروتينات الغشاء ، ونناقش الأساليب والأدوات التي تنتج معلومات جديدة عن هيكلها ووظيفتها الجزيئية.

تحدد الأغشية الحدود والمقصورات التي تشكل المصفوفة الخلوية ، وهي مسؤولة عن تحديد البيئة الكيميائية داخل الخلية. توفر الأغشية أيضًا واجهة تسهل تفاعلات البروتين والبروتين والتفاعلات الكيميائية الحيوية الأخرى اللازمة لإشارات الخلايا والاتجار بها. تشير التقديرات إلى أن مجالات البروتين التي ترتبط بشكل عكسي بواجهات الغشاء تمثل المجالات الأكثر وفرة الموجودة في البروتينات القابلة للذوبان في الماء (1). على الرغم من أن عدد البروتينات التي تتفاعل مع أو تعمل في واجهة الغشاء كبير ، فإن هذه المراجعة ستركز على بروتينات الغشاء التي يطلق عليها أحيانًا بروتينات الغشاء المتكاملة. تُعرَّف بروتينات الغشاء المتكامل عمومًا على أنها بروتينات لا يمكن عزلها وتنقيتها دون إذابة بنية الطبقة الثنائية أولاً ، عادةً باستخدام المنظفات. عند مقارنتها بالبروتينات القابلة للذوبان في الماء ، تتمتع بروتينات الغشاء بخصائص فريدة وتمثل تحديات فريدة من حيث التعبير والعزل والتوصيف الهيكلي. يمكن أن يكون تحفيز تعبير البروتين الغشائي في إنتاجية عالية أكثر صعوبة من البروتينات القابلة للذوبان في الماء. نظرًا لأن القوى التي تهيمن على ثنية البروتين الغشائي تختلف عن تلك التي تعمل على استقرار طيات البروتين القابلة للذوبان في الماء ، يجب دراسة بروتينات الغشاء المنقى في بيئات غير متجانسة ، مثل مذيلات المنظفات الغشائية أو طبقات ثنائية الدهون المعاد تشكيلها. تشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 30٪ من أكواد الجينوم لبروتينات الغشاء (2) ، على الرغم من أن النسبة الدقيقة غير معروفة. ومع ذلك ، عند مقارنتها مع العدد الإجمالي للإدخالات في بنك بيانات البروتين ، تمثل بروتينات الغشاء أقل من 1٪ من العدد الإجمالي. على الرغم من أن علم البلورات بالأشعة السينية يظل الأسلوب الوحيد الأكثر أهمية لتوليد هياكل البروتينات الغشائية ، يتم استخدام العديد من الطرق الطيفية الجديدة لدراسة بنية البروتين الغشائي وديناميكياته.

الوظائف البيولوجية وتوزيع البروتينات الغشائية

تصنيف بروتينات الغشاء: التسمية والعمارة

تقوم بروتينات الغشاء بمجموعة واسعة من الوظائف الحيوية في الخلايا ، وتشمل الناقلات السلبية والنشطة ، والقنوات الأيونية ، والعديد من فئات المستقبلات ، والسموم الخلوية ، والبروتينات التي تشارك في تهريب الأغشية ، والإنزيمات التي تسهل نقل الإلكترون والفسفرة المؤكسدة. على سبيل المثال ، القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي التي تسهل الانتشار السلبي للصوديوم والبوتاسيوم عبر الغشاء المحوري مسؤولة عن تكوين جهد فعل. تؤسس بروتينات النقل النشط تدرجات أيونية وهي ضرورية لامتصاص العناصر الغذائية في الخلايا. ترتبط الهرمونات القابلة للذوبان بمستقبلات الغشاء ، والتي تنظم بعد ذلك الكيمياء الحيوية الداخلية للخلية.

في الوقت الحالي ، توجد هياكل تمثيلية لما يقرب من 21 عائلة بروتين غشاء-برميل فريد و 35 عائلة بروتين α-helical متعددة النسق. هذه العينة هي جزء صغير من 300-500 طيات حلزونية متوقعة و 700-1700 عائلة (3). على الرغم من أن البيولوجيا الهيكلية لبروتينات الغشاء لا تزال في مهدها ، فمن الواضح أن بروتينات الغشاء تعرض مجموعة متنوعة غنية من الهياكل التي تختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم والطوبولوجيا (الشكل 1). من بين الهياكل التي تمت ملاحظتها حتى الآن ، تستند جميعها إلى معمارتين أساسيتين: الحزمة الحلزونية α (4) والبرميل (5 ، 6).

طية الغشاء β-برميل هي فريدة من نوعها للغشاء الخارجي للميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والبكتيريا سالبة الجرام ، ووجد أنها تتكون من عدد زوجي من خيوط التي تختلف في العدد بين 8 و 22. يسمح نمط الترابط الهيدروجيني الخيطي داخل البرميل بتكوين الهياكل ، والتي لا تحتوي على روابط هيدروجينية غير مرضية داخل الغشاء الداخلي. في كثير من الأحيان ، يتم تكوين هذه الخيوط بحيث تتواجد السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية ذات التركيبة الأليفاتية على السطح الخارجي للبرميل المواجه للغشاء الهيدروكربوني ، وكما لوحظ في بروتينات الغشاء المبنية على الحزم الحلزونية ، تعرض بروتينات البرميل سلاسل جانبية عطرية أكثر في المناطق القريبة من واجهة الغشاء ثنائية الطبقة.

بروتينات الغشاء المبنية على الحلزونات الغشائية (الشكل 1) يتم توطينها عادة في غشاء البلازما ، وأغشية العضية ، والغشاء الداخلي للميتوكوندريا والبكتيريا. وبالتالي ، لا تختلف هذه البروتينات في البنية الثانوية فحسب ، بل تختلف أيضًا في التوطين. يمكن تكوين بروتينات الغشاء الحلزوني من 1 إلى 19 مقطع غشاء. عندما يمتلكون ممرًا واحدًا عبر الغشاء ، يشار إليهم أحيانًا على أنهم إما monotopic أو bitopic. عندما يكون لهذه البروتينات حلزون عبر غشاء أو أكثر ، يشار إليها باسم polytopic. ترتبط الحلزونات عبر الغشاء لبروتين غشائي متعدد التنظير في حزمة ، وللحفاظ على روابط الهيدروجين غير المرضية إلى الحد الأدنى ، تكون هذه الحلزونات عادةً منتظمة. على الرغم من أن بروتينات الغشاء الحلزوني قد تكون مرنة وديناميكية تمامًا ، يُعتقد أن عناصر البنية الحلزونية داخل الطبقة الثنائية صلبة.

الشكل 1. أمثلة على عدة بروتينات غشاء بكتيرية. يحتوي الغشاء الخارجي (OM) للبكتيريا سالبة الجرام على بروتينات-برميل حصريًا ، ويتم عرض ثلاثة أمثلة: BtuB (معرف PDB: 1NQF) ، وهو الناقل النشط الذي تقطعت به السبل 22 βonB لفيتامين ب12 أداة تقليم اللامب أو المالتوبورين (PDB ID: 1AF6) ، وهو ناقل السكر السلبي ذو 18 β الذي تقطعت به السبل و OmpA (معرف PDB: 1 BXW) ، وهو عبارة عن بروتين 8 P- تقطعت بهم السبل يوفر الدعم الهيكلي لـ OM. البروتينات الموجودة في الغشاء السيتوبلازمي (CM) هي حلزونية ، ويتم عرض ثلاثة أمثلة: قناة البوتاسيوم KcsA (PDB ID: 1 BL8) ، وهي عبارة عن tetramer Sec YEG (PDB ID: 1 RH5) ، والتي تشكل قناة نقل البروتين في Methanococcus و BtuCD (رقم تعريف PDB: 1L7V) ، وهو ناقل ATP يحركه ويستورد فيتامين ب12 من محيط البلازما.

طي بروتين الغشاء وإدخال الغشاء

يجب أن تكون بروتينات الغشاء المتكاملة مستقرة وتعمل في بيئة فريدة ومتباينة للغاية. تواجه المجالات المائية للبروتين الغشائي بيئة مختلفة تمامًا عن مناطق الغشاء المواجهة للبروتين ، والتي يجب أن تكون مستقرة في منطقة منخفضة العزل وخالية من الماء (7). بسبب عدم وجود طور مائي سائب ، فإن عددًا كبيرًا من الروابط الهيدروجينية غير المرضية غير مواتية للغاية ، ويجب دائمًا ترتيب طيات β-برميل أو بروتينات الغشاء الحلزوني ، كما هو موضح أعلاه ، لإرضاء الرابطة الهيدروجينية الأساسية.

في البروتينات القابلة للذوبان في الماء ، يُعتقد أن التأثير الكارثي للماء هو القوة الرئيسية التي تحرك طي البروتينات ، وتسيطر على قوى فان دير فال (8 ، 9). ومع ذلك ، في بروتينات الغشاء ، يكون التأثير الكارثي للماء غير مهم نسبيًا مقارنة برابطة الهيدروجين ذات السلسلة الجانبية وقوى فان دير فال. سيتم تعظيم قوى Van der Waals في حزمة حلزونية من خلال تكامل الأسطح المتفاعلة على حلزونات الغشاء كما هو متوقع ، وقد تم تحديد الأشكال المتسلسلة ، مثل GxxxG ، التي تزيد من تعبئة حلزونات الغشاء (10-12). يعتبر الترابط الهيدروجيني Interhelix مهمًا أيضًا في قيادة ارتباط اللوالب ، وقد يكون محددًا مهمًا لترابط اللولب أثناء تخليق البروتين الغشائي (13). على الرغم من أن كلا التفاعلين يلعبان أدوارًا مهمة ، إلا أن دراسة طفرية على حزمة حلزونية واحدة تشير إلى أن قوى فان دير فالس تقدم أكبر مساهمة في استقرار الحزمة (14).

يتم تحديد ترتيب الأجزاء عبر الغشاء لبروتين غشائي وتوجيه البروتين C و N-termini من خلال سمتين رئيسيتين لتسلسل بروتين الغشاء: امتداد المخلفات الكارهة للماء التي تمتد في النهاية إلى الطبقة الثنائية ، وموضع الشحنة الموجبة شرائح (15 ، 16). البقايا الكارهة للماء (Ala ، Ile ، Leu ، Val) لها أعلى تردد في المناطق الحلزونية التي تقع في وسط الطبقة الثنائية ، في حين أن البقايا العطرية Tyr و Trp هي الأكثر وفرة بالقرب من واجهة الطبقة الثنائية (17). يحدد توازن الشحنة على جانبي مقطع عبر الغشاء اتجاه القطعة ، بحيث توجد الأجزاء المشحونة بشكل إيجابي من تسلسل البروتين الغشائي على الجانب السيتوبلازمي للطبقة الثنائية. يشار إلى هذا الهيكل أحيانًا باسم "قاعدة الداخل الإيجابي" (18). من خلال تغيير الكراهية للماء والشحنة ، يمكن إنشاء طوبولوجيا مختلفة ، بل ومن الممكن العثور على بروتينات متماثلة طورت بشكل طبيعي طوبولوجيا مختلفة عن طريق تعديل هذه الميزات (15). من الناحية الحيوية ، يتم إدخال سلسلة البولي ببتيد المتنامية في الطبقة الثنائية بوساطة ترانكونون ، وهو بروتين غشائي حلزوني يُعتقد أنه يحتوي على بوابة جانبية تفتح على الطبقة الداخلية ثنائية الطبقة. في الشبكة الإندوبلازمية الخشنة ، يكون هذا البروتين هو Sec61. يُعتقد عمومًا أن سلسلة البولي ببتيد المتنامية قد تأخذ عينات من الطبقة الثنائية المحيطة من خلال هذه البوابة ، بحيث يتم إنشاء توازن ديناميكي حراري مع الدهون المحيطة (16 ، 19).

إن طبقة الدهون الثنائية ليست سلبية في تحديد نشاط البروتين الغشائي ووظيفته ، ويشير تراكم الأدلة إلى أن هناك اقترانًا لبروتينات الغشاء بخصائص طبقة ثنائية الدهون. تتضمن هذه الخصائص تأثير إجهاد انحناء الطبقة الثنائية (20) ، ودور الدهون المحددة مثل الفوسفوينوسيتيدات ، (21) وتأثير السُمك على وظيفة بروتين الغشاء (22). تعمل تركيبة الدهون ، بالإضافة إلى خصائص الطبقة الثنائية الناتجة عن هذه التركيبة ، كمنظمين خيفي لوظيفة بروتين الغشاء.

الوظيفة الجزيئية لبروتينات الغشاء

قدمت الطرق الهيكلية والدراسات الجينية والكيميائية الحيوية الأخرى أدلة على الوظيفة الجزيئية لبروتينات الغشاء. على سبيل المثال ، في حالة القناة البكتيرية K + KcsA ، تم تصميم البروتين لخفض طاقة أيون البوتاسيوم أثناء مروره عبر مركز القناة. يتم تسهيل هذه الوظيفة من خلال تجويف مركزي رطب ولولب يتم وضعه باتجاه مسام القناة بحيث تشير نهايتها سالبة الشحنة نحو هذا التجويف (23). في حالة رودوبسين البصري ، يعمل جسر الملح الموجود بين Lys296 و Glu133 للحفاظ على البروتين في حالة غير نشطة. يعد اضطراب هذا التفاعل الأيوني مسؤولاً عن حركة اللولب 6 ، الذي ينشط محول البروتين G (24) ، والطفرات التي تعطل هذا التفاعل الأيوني هي المسؤولة عن أمراض الشبكية التهاب الشبكية الصباغي والعمى الليلي الخلقي (25).من بين ناقلات البكتيريا الغشائية الخارجية ، تعمل الناقلات المعتمدة على TonB على نقل العناصر الغذائية النادرة ، مثل مخلب الحديد ، إلى الخلية. أنها تحتوي على مجال N- محطة كبيرة لحوالي 150 وحدة بنائية والتي يشار إليها أحيانًا باسم "فتحة". تشير الهياكل عالية الدقة المتاحة إلى أن عمليات إعادة ترتيب كبيرة أو تتكشف لمجال الفتحة هذا يحدث للسماح بمرور الركائز (26).

التعبير عن البروتينات الغشائية وعزلها وتنقيتها

صعوبات في الحصول على عينات البروتين

بشكل عام ، تمثل بروتينات الغشاء تحديات في كل خطوة على طريق التحديد الهيكلي. يعد تركيب ومعالجة هذه البروتينات أمرًا معقدًا وغالبًا ما يتضمن عوامل طي محددة أو مرافقات (انظر المراجع 27 و 28 للمراجعات). يُفضل التعبير في البكتيريا بسبب التكلفة المنخفضة لتنمية أحجام ثقافية كبيرة عن طريق التخمير ، وإمكانية تحقيق عوائد عالية (تصل إلى 10 إلى 100 مجم من البروتين لكل لتر من المزرعة) ، ومعدل النمو السريع جدًا ، وبساطة ومرونة أنظمة التعبير. ومع ذلك ، فإن الاختلافات الجوهرية في كيفية معالجة البروتينات غالبًا ما تمنع التعبير عن كميات كافية من البروتين مع الطية المناسبة ، وقد لا يكون من الممكن عزل وتنقية كميات كافية من البروتين الغشائي إلى حالة متجانسة. نتيجة لذلك ، يمكن أن يكون فهم مسارات المعالجة للبروتين المحدد محل الاهتمام عاملاً مهمًا لتحقيق التعبير الناجح.

غالبًا ما يحدث إدخال غشاء اصطناعي حيوي لبروتينات غشاء حقيقيات النوى بشكل متزامن ، في حين يمكن إدخال العديد من البروتينات بدائية النواة بعد الترجمة ، عادةً بمساعدة المرافقين. في الخلايا حقيقية النواة ، تمنع آليات التصحيح في الشبكة الإندوبلازمية البروتينات المشوهة من الخروج إلى جولجي. تتضمن بعض هذه الآليات الارتباط بالجليكوزيل للبروتين في مجاله اللمعي (29). بالإضافة إلى ذلك ، قد تؤدي آليات الحماية الأخرى مثل استجابة البروتين غير المطوية للخميرة إلى زيادة معدلات تحلل البروتينات المطوية بشكل غير صحيح (30).

تتطلب بعض البروتينات أنواعًا معينة من المعالجة. على سبيل المثال ، يجب أن تمر بروتينات برميل البيت في الغشاء الخارجي للبكتيريا سالبة الجرام عبر الغشاء السيتوبلازمي بطريقة خطية قبل تجميعها في الغشاء الخارجي (للمراجعة ، انظر المرجع 31). قد تتضمن معالجة بروتينات البرميل في الأغشية الخارجية للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء أيضًا مرور البروتين عبر الغشاء الخارجي للعضية قبل الإدخال ، ولكن هذه العملية غير مفهومة جيدًا (32). تم التعرف على العديد من المرافقين الذين يساعدون في تجميع بروتينات غشاء الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. يتم ترميز بعض هذه البروتينات في النواة ويتم استيرادها إلى الحيز المناسب بعد الترجمة ، في حين يتم ترميز عدد قليل منها على كروموسوم العضية ومعالجتها من الداخل. لهذه الأسباب ، تعتمد الأساليب الهيكلية لمثل هذه البروتينات دائمًا على العزلة عن العضية الأصلية.

غالبًا ما لا تكون أنظمة التعبير البكتيرية خيارًا لبروتينات الغشاء حقيقية النواة. حتى لو تم العثور على البروتين مضمنًا في الغشاء البكتيري ، فإن الحصول على البروتين المطوي بشكل صحيح دائمًا ما يكون مصدر قلق. في كثير من الأحيان ، يتم العثور على معظم البروتين المعبر عنه أو كله في كتلة أو جسم متضمن داخل الخلايا ، وتم إعادة صياغة بعض الأمثلة فقط إلى حالتها الأصلية (33). في كثير من الحالات ، تؤدي السمية الواضحة لبروتين الغشاء المعبر عنه إلى منع التعبير وكذلك النمو. عدة أسباب يمكن أن تفسر سمية البروتين (انظر المرجع 34 للمراجعة). على سبيل المثال ، يشير كل من Miroux و Walker (35) إلى أن الإفراط في إنتاج mRNA واحد في نظام نسخ يستخدم عادةً يحركه البوليميراز T7 أدى إلى فك اقتران النسخ والترجمة. أظهرت سلالة ، مثل C43 (DE3) (Lucigen ، Middleton ، WI) التي تم اختيارها لتجنب تأثيرات السمية ، إنتاجية أفضل للبروتينات على الرغم من تباطؤ معدل التخليق. يشير شرط معدل أبطأ من التوليف إلى أن الآلات الخلوية ، التي لا يتم التعبير عنها بشكل مفرط ، قد تكون مطلوبة من أجل الطي المناسب. من ناحية أخرى ، لوحظت نتائج مختلطة في تزويد الخلية بآلية تدبيرية إضافية. ومن المثير للاهتمام ، أن أحد الأساليب الأكثر إنتاجية هو توفير مرافقين أو ثنيات إضافية في إجهاد التعبير (36).

على الرغم من القيود الشديدة على تعبير البروتين الغشائي ، فقد تم تطوير أساليب ناجحة. يتم استخدام ثلاث استراتيجيات عامة من قبل الباحثين للحصول على كميات كافية من البروتين للدراسات الهيكلية. أولاً ، يمكن الحصول على البروتين من مصدر محلي. تم الحصول على العديد من هياكل البروتين الغشائي من البروتين المنقى من الأنسجة أو العضيات ، على سبيل المثال ، رودوبسين ، ومضخة الكالسيوم الشبكية الساركوبلازمية ، ومجمعات نقل الإلكترون من الميتوكوندريا. من الواضح أن هذا النهج لا يعمل إلا في المواقف التي يظهر فيها البروتين محل الاهتمام عند مستويات عالية بشكل طبيعي. علاوة على ذلك ، فإن التلاعب الجيني للبنية الأولية للبروتين ، على سبيل المثال لإضافة علامة تنقية ، عادة ما يكون غير ممكن. ثانيًا ، يمكن فحص أعداد كبيرة من أخصائيي تقويم العظام البكتيرية للبروتين محل الاهتمام. مع توافر الحمض النووي الكروموسومي أو مكتبات cDNA من مجموعة واسعة من الأنواع ، يمكن للباحثين استنساخ العديد من المتماثلات واختبار التعبير عالي المستوى والطي في سلالة تعبير Escherichia coli. الأمل هو أن واحدًا أو أكثر من الجينات سيكون قابلاً للتعبير المستقر ، والتنقية ، والتحديد الهيكلي. تم استخدام هذا النهج بنجاح في العديد من الحالات مثل ناقلات مختلفة ، أكوابورينات ، قنوات حساسة للميكانيكا ، وقنوات البوتاسيوم (37). أخيرًا ، يمكن إنتاج بروتين حقيقيات النوى في خلية حقيقية النواة. أصبح هذا النهج ممكنًا بشكل متزايد حيث جلبت الوسائط التركيبية نفقات النمو على نطاق واسع إلى عالم المختبر الأكاديمي. الخلايا المختارة هي خلايا الحشرات ، إما تلك من دودة الجيش الخريفية ، Spodoptera frugiperda (Sf9 أو 21) أو حلقي الملفوف Trichoplusia ni (High Five Invitrogen ، كارلسباد ، كاليفورنيا). تم استخدام خلايا الثدييات ، مثل CHO أو COS ، في حالات قليلة ، مثل الخميرة Saccharomyces cerevisiae أو Pichia pastoris (من Invitrogen). يفترض هذا النهج أن الخلايا حقيقية النواة يمكنها التعرف على إشارات المعالجة الجوهرية في تسلسل البروتين وأن المرافقين وطيبات الطيات المناسبة ستكون موجودة. على الرغم من أن هذا السيناريو هو الأرجح ، إلا أنه بالتأكيد ليس صحيحًا في جميع الحالات. كما ذكر أعلاه ، قد تكون هناك عوامل أخرى ضرورية للطي المناسب. علاوة على ذلك ، قد لا يتم التعبير عن البروتين الذي هو جزء من معقد بطريقة مستقرة أو مطوية بشكل صحيح في غياب شركائه أو عوامل التجميع.

على الرغم من أن تحسين ظروف النمو للخلايا حقيقية النواة محدود ، إلا أن ظروف النمو للأنظمة البكتيرية يمكن أن تتنوع على نطاق واسع ، ولها تأثير كبير على التعبير عن هدف البروتين. يستخدم العديد من الباحثين "الحيل" القصصية وقد تكون خاصة بالبروتين الذي يهمهم. تفصل العديد من المنشورات الأساليب وغالبًا ما يجب اختبار العديد من الشروط المختلفة (انظر المراجعين 33 و 38 لمراجعات موسعة). لن نحاول وضع قائمة شاملة لهذه الأساليب ، ولكن القليل منها جدير بالملاحظة. أولاً ، يتم استخدام محفزات القوة المتوسطة لإبطاء معدل التوليف. كما ذكرنا أعلاه ، قد تستجيب الخلية لتخليق هائل لبروتين معين عن طريق تنشيط أنظمة التحلل. ثانيًا ، يتم استخدام درجة حرارة منخفضة للمزرعة ، تصل إلى 15 درجة مئوية ، مع إحداث التعبير لعدة ساعات إلى أيام. ثالثًا ، قد يؤدي استخدام وسيط حد أدنى محدد أيضًا إلى تراكم كميات كبيرة من البروتين ، حيث تنمو الخلايا ببطء أكبر. دائمًا ما يكون تطوير بروتوكولات التعبير في وسط محدد مفيدًا للنُهج الهيكلية لأن المحقق سيحتاج إلى إنشاء مشتقات سيلينو ميثيونين لبيانات بلورية على مراحل MAD أو SAD ، أو 2 H ، 15 N ، 13 C العينات المسمى NMR غير متجانسة.

بدون استثناء ، يجب أن يتضمن عزل وتنقية بروتين غشائي متكامل منظفات لإذابة الغشاء والبروتينات المرتبطة بالغشاء. على الرغم من إمكانية اختبار العديد من المنظفات ، إلا أن الباحث الحكيم سوف يقوم عمومًا بإذابة الغشاء الأولي في منظف غير أيوني متاح بسهولة وأقل تكلفة. في تجربتنا ، ستذوب جميع البروتينات تقريبًا في واحد مما يلي: n-decyl-β-D-maltopyranoside ، N ، N-dimethyldodecylamine-N-oxide (LDAO أو DAO-12) ، n-dodecylphosphocholine (Fos-choline 12) أو DPC) ، n-octyl-β-D-glucopyanoside (octyl glucoside) أو tetraethylene glycol monoctyl ether (C8E4). يتم اختبار الذوبان عن طريق إضافة محاليل المنظفات إلى كمية صغيرة من تحضير الغشاء تليها فترة حضانة ، عادة في درجة حرارة الغرفة ، وتنبيذ فائق. يتم تحديد وجود البروتين في الحبيبات الغشائية مقابل مذيلة بروتين المنظفات في المحلول بواسطة هلام SDS-PAGE المصبوغ من Coomassie أو طقطقة مناعية باستخدام جسم مضاد محدد أو جسم مضاد ضد علامة التقارب.

يمكن أن يتبع التنقية عادةً نفس الأساليب المتبعة في البروتينات القابلة للذوبان فيما عدا أن جميع الإجراءات تتم في وجود المنظف. عادةً لا تتأثر وظيفة علامات التقارب شائعة الاستخدام بالمنظف ، ومع ذلك ، غالبًا ما تكون بروتينات الغشاء بتركيزات منخفضة نسبيًا ، ويجب أن يتبع خطوة كروماتوغرافيا التقارب في بعض الأحيان شكل آخر من اللوني ، مثل التبادل الأيوني و / أو الترشيح الهلامي. يمكن أيضًا أن يوفر كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي عالي الدقة مؤشراً على حالة قلة القسيمات للبروتين. يظهر بروتوكول عام لتنقية بروتينات الغشاء في الشكل 2.

لتوصيف إعداد البروتين ، فإن المعلمات الحرجة هي النقاء ، والتي يتم تقديرها بواسطة SDS-PAGE ، الطية وتقييمها من خلال محتوى البنية الثانوية عبر التحليل الطيفي ثنائي اللون الدائري ، بالإضافة إلى حالة القلة القلبية المحددة بواسطة ترشيح الهلام ، أو تشتت الضوء ، أو سرعة الترسيب (39-41). علاوة على ذلك ، يمكن تقييم تجانس البروتين عن طريق مطياف الكتلة. عادة ما تتداخل المنظفات مع قياس الطيف الكتلي ، ولكن تم تطوير مناهج MALDI TOF لتجنب مثل هذه المشاكل (42). كما تمت مناقشته في القسم التالي ، يجب استكشاف مجموعة من المنظفات لتحديد بنية البروتين ، ونتيجة لذلك ، يجب تحديد خصائص البروتين في المنظفات المختلفة (انظر الشكل 2).

إذا أمكن ، يجب تقييم وظيفة البروتين. لسوء الحظ ، يمكن أن يؤدي إذابة المنظفات في كثير من الأحيان إلى صعوبة فحص نشاط البروتين ، كما هو الحال في قناة أيون ، ومع ذلك ، يمكن تقييم معلمات أخرى في مثل هذه الحالات. قد يوفر تقارب ارتباط Ligand أو النشاط الأنزيمي أو الارتباط ببروتين آخر تقييمًا مقنعًا لوظيفة البروتين. سوف تشير التقنيات الكيميائية الحيوية الأخرى أيضًا إلى الطي والتجانس ، مثل الهضم المحدود للبروتياز ، والتفاعل مع الكواشف مثل مركبات الكبريتيد التفاعلية ، أو أنماط الارتباط المتبادل الكيميائية. كما تم استخدام الأساليب الطيفية. يمكن تقييم ديناميكيات مناطق معينة على البروتين عن طريق وضع العلامات على نيتروكسيد الدوراني والتحليل الطيفي المغنطيسي للإلكترون. إذا كان من الممكن تمييز البروتين عن طريق التمثيل الغذائي بـ 2 H ، 15 N ، فيمكن أن توفر تجربة NMR التماسك الكمي الأحادي النوى السريع نسبيًا معلومات مهمة عن تجانس البروتين وثنيته (39).

الشكل 2. مخطط تدفق يوضح الاستراتيجيات العامة في تحضير البروتينات الغشائية للدراسات الهيكلية.

التوصيف الهيكلي للبروتينات الغشائية

يتم تحديد هياكل البروتين الغشائية عالية الدقة في الغالب باستخدام التصوير البلوري بالأشعة السينية. على الرغم من صعوبة التبلور ، فقد تم تطبيق العديد من الطرق بنجاح لبلورة بروتينات الغشاء إما عن طريق التلاعب بمكونات المنظف / الدهون أو عن طريق تغيير مكون البروتين. تم تحديد معظم تراكيب البروتين الغشائي باستخدام بروتين مذاب في المنظف يتم فيه بلورة مركب منظف البروتين بالكامل. في كثير من الأحيان ، يمكن الحصول على أفضل بلورات البروتين الغشائي في واحد أو عدد قليل من المنظفات ، ويلزم إجراء فحص شامل يعتمد على خصائص المنظف (41).

تم استخدام 33 منظفًا لبلورة بروتينات الأغشية ، واستخدمت ثلاثة من تلك المنظفات لتحديد ثلاثة هياكل NMR (43). بعض المنظفات قابلة للطي. على سبيل المثال ، يتم استخدام C8E4 في الغالب لبروتينات برميل β بينما كان DDM ناجحًا في الغالب لبروتينات الغشاء الحلزونية α. المنظفات الأربعة التي تم استخدامها لبلورة معظم بروتينات الأغشية هي أوكتيل جلوكوزيد ، وأكسيد لوريل ثنائي ميثيل أمين ، و C8E4 ، ودوديسيل مالتوسيد. تختلف هذه المنظفات الأربعة في طول سلسلة الألكيل وشكلها وحجم مجموعة الرأس ، ومع ذلك ، فهي جميعًا محايدة. هذه القواسم المشتركة مهمة جدا. لكي تتشكل بلورات البروتين ثلاثية الأبعاد ، تحتاج جزيئات البروتين إلى الاتصال ببعضها البعض لتشكيل جهات اتصال بلورية ضرورية لنشر الشبكة. من المحتمل أن تعيق قوى التنافر المشحونة أو حتى الانضغاطية ارتباط مركبات المنظفات البروتينية ، وهي عملية يجب أن تحدث في المراحل المبكرة من التنوي البلوري.

تحتوي بلورات بروتين الغشاء على محتوى مذيب أكبر (64٪) بشكل ملحوظ من البروتينات القابلة للذوبان [47٪ (44)] بسبب المنظف في البلورة. تم فحص تنظيم المنظف في بلورات البروتين الغشائي في حالات قليلة مختارة ويختلف في كل حالة. في بلورة LH2 ، يشكل المنظف حزامًا حول السطح المقاوم للماء للبروتين بما يتوافق مع أبعاد جزيء المنظف OG (45). على غرار LH2 ، تشكل منظفات OG حزامًا حول السطح المقاوم للماء من phospholipase A في البلورة ، ومع ذلك ، تندمج الأحزمة لتشكيل شبكة مستمرة ثلاثية الأبعاد في جميع أنحاء البلورة (46). لوحظ أيضًا الكثافة المستمرة للمنظف في بلورات بورين ومركزين للتفاعل الضوئي. Snijder et al. (46) تشير إلى إمكانية أن الإضافات العضوية البرمائية في الشاشة البلورية يمكن أن تسهل هذا الاندماج ، ومع ذلك ، لا توجد بيانات تجريبية تربط بين بنية المنظفات التي لوحظت في البلورة والخصائص الفيزيائية للمزيل المختلط للمنظف / البرمائيات. بالإضافة إلى المنظفات المستخدمة لإذابة بروتين الغشاء ، قد يكون لتركيز الدهون الأصلي (أو الاصطناعي) تأثيرات عميقة على جودة الانعراج كما في حالة تبلور LacY (47) ، السيتوكروم ب6f (48) و Ca 2+ -ATPase (49) و GlpT (50).

تعد مراحل مكعبات الدهون (51) ومراحل الإسفنج (52) ، بالإضافة إلى البيكل (53) بدائل للمنظفات التي تم تطبيقها بنجاح على تبلور البروتين الغشائي. في هذه الحالات ، يتم دمج البروتين في بيئة طبقة ثنائية الدهون ، والتي تعتبر طبيعية أكثر مقارنة بالمنظفات التي تشكل مراحل micellar. في البنية البلورية عالية الدقة الحديثة لمستقبلات البروتين G-2 الأدرينالية البشرية ، تم استخدام المرحلة المكعبة الدهنية مع الكوليسترول الضروري والإضافات 1.4-بوتانديول (54). كانت جزيئات الكوليسترول والدهون مهمة في تسهيل ملامسة البروتين والبروتين في البلورة.

بالإضافة إلى تأثير المنظف على التبلور ، أثبت إدخال مكونات بروتين إضافية نجاحه. في العديد من الحالات ، تمت بلورة جزء من الجسم المضاد مع بروتين الغشاء لتوفير اتصالات بلورية أساسية من أجل التبلور (55-57). يمكن هندسة البروتين نفسه من خلال إدخال لتوفير اتصالات بلورية كما يتضح من النجاح الأخير لهيكل مستقبلات البروتين البشري المقترن بـ β2 الأدرينالية ، حيث تمت هندسة جزيء الليزوزيم في إحدى الحلقات (58).

على الرغم من هذه التطورات ، فإن Oberai et al. (3) قدر أنه في حالة عدم حدوث تسارع في تحديد بنية بروتين الغشاء ، فسوف يستغرق الأمر أكثر من ثلاثة عقود لتحديد ممثل هيكلي واحد على الأقل لـ 90٪ من عائلات تسلسل بروتين الغشاء الحلزوني ألفا (3).

التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي

على الرغم من أن تقنيات المحلول بالرنين المغناطيسي النووي لا تتطلب التبلور ، إلا أن حد الوزن الجزيئي موجود [33 كيلو دالتون هو الأكبر حتى الآن (59)] ، وقد ثبت أن تحسين ظروف المنظفات أمر صعب (60). تم تحديد العديد من تراكيب الرنين المغناطيسي النووي لبروتينات الغشاء الخارجي-برميل (59 ، 61-63) ومع ذلك ، فإن بنية المحلول لبروتين غشاء حلزوني α لا يزال يمثل تحديًا. تقوم العديد من المجموعات البحثية بخطوات كبيرة مع الخطوة الأولى لتحديد بنية الرنين المغناطيسي النووي ، وتعيين التحول الكيميائي المتسلسل الذي تم تحقيقه لاثنين من بروتينات الغشاء متعدد التنظير diacylglycerol kinase (64) وقناة البوتاسيوم KcsA (65). كان تحديد بنية الرنين المغناطيسي النووي لبروتينات البرميل أكثر نجاحًا من بروتينات الغشاء الحلزوني في المقام الأول لأن تأثيرات Overhauser النووية (NOEs) بين بروتونات الأميد تكون عبر الخيوط (أي بين العناصر الثانوية) ، وليس داخل العنصر الثانوي كما في α - القفزات التي توفر قيودا هيكلية قيّمة. يتم حاليًا التغلب على نقص بيانات NOE بقياسات من الاسترخاء البارامغناطيسي (66) وتجارب اقتران ثنائي القطب المتبقية (67).

بالإضافة إلى قيود المسافة المحدودة ، فقد ثبت أن تحضير عينات البروتين الغشائي يمثل تحديًا كبيرًا للرنين المغناطيسي النووي عالي الدقة. على غرار علم البلورات بالأشعة السينية ، يؤثر اختيار المنظف بشدة على جودة أطياف الرنين المغناطيسي النووي. لا يوجد منظف واحد مناسب تمامًا لدراسات الرنين المغناطيسي النووي للذوبان في البروتينات الغشائية ، والديناميكيات ، ومساحة السطح الكارهة للماء للبروتين ، والخصائص الفيزيائية الأخرى التي تختلف باختلاف مركب منظف البروتين ، ولا يزال يتعين تحديد التركيبة المناسبة تجريبيًا من خلال الفحص الشامل (39) ، 68).

إلى جانب تحديد الهيكل ، يمكن استخدام محلول الرنين المغناطيسي النووي للتحقيق في ديناميات العمود الفقري وتفاعلات البروتين - الترابط. تميز باكس وزملاؤه (65 ، 69) بديناميات العمود الفقري (69) وألفة ربط الأيونات لقناة البوتاسيوم الرباعية KcsA (65). أضافت هذه الدراسات رؤى هيكلية إضافية للبنية البلورية. على مقياس الوقت ps-ns ، لا يكون مرشح الانتقائية ديناميكيًا. في micelles SDS ، يكون اللولب α-terminal الموجود داخل الخلايا ديناميكيًا على مقياس الوقت ns-ps ولا يرتبط بحزمة رباعية. بالإضافة إلى تحديد بنية حل PagP NMR (62) ، Hwang et al. (70) يتميز بإعادة ترتيب ديناميكي من حالتين تسهل فيه الحالة الأكثر مرونة دخول الركيزة في التجويف المركزي للبرميل β.

وضع العلامات تدور على الموقع

تُستخدم تسمية الدوران الموجهة بالموقع (SDSL) للتحقيق في بنية البروتين الغشائي وديناميكياته في طبقات ثنائية الدهون وكذلك في المنظفات.في SDSL ، يتم إدخال مسبار نيتروكسيد إلى موقع فريد داخل البروتين. في معظم الحالات ، يتم إدخال بقايا السيستين ثم تتفاعل لاحقًا مع كاشف نيتروكسيد متفاعل مع سلفهيدريل. إن السلسلة الجانبية الناتجة عن النيتروكسيد حساسة للبيئة الجزيئية ، مما يسمح بتحديد البنية الثانوية والثالثية (71) ، وديناميات التوافق (72) ، وديناميكيات خاصة بالموقع (73). على عكس محلول الرنين المغناطيسي النووي ، لا تحتوي هذه التقنية على حد للوزن الجزيئي ، ويمكن فحص البروتينات الغشائية في محاليل المنظفات أو طبقات الدهون الثنائية.

من طيف الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR) للسلسلة الجانبية للنيتروكسيد ، يتم الحصول على أربعة معلمات أولية: 1) إمكانية الوصول إلى المذيبات ، 2) تنقل السلسلة الجانبية R1 ، 3) مؤشر قطبية لبيئتها المباشرة ، و 4) المسافة بين R1 ومركز مغناطيسي آخر في البروتين. يتم تحديد إمكانية الوصول إلى المذيبات في السلسلة الجانبية من تردد تصادم النيتروكسيد مع الكواشف المغناطيسية في المحلول. يتم استنتاج التنقل والقطبية والمسافات من شكل الخط الطيفي EPR. بالنسبة للهياكل الثانوية العادية ، فإن إمكانية الوصول والتنقل والقطبية هي وظائف دورية لموضع التسلسل. تكشف فترة ومرحلة الوظيفة عن نوع البنية الثانوية واتجاهها داخل البروتين ، على التوالي (71 ، 74). في حالة بروتينات الغشاء ، يمكن أيضًا وصف تضاريس البنية الثانوية فيما يتعلق بسطح الغشاء (75 ، 76).

عندما يتم دمج زوج من ملصقات السبين في مركب بروتين أو بروتين ، يمكن استخدام التفاعلات ثنائية القطب بين الملصقات لقياس المسافة وتوزيع المسافات بين الملصقات (77). إذا كانت الملصقات مفصولة من 7 إلى 20 أ ، فإن التفاعلات ثنائية القطب تكون قوية بما يكفي بحيث يمكن ملاحظتها وتحديد كميتها بواسطة مطيافية الموجة المستمرة (CW) EPR (78-81). إذا تم فصل الملصقات بمسافة أكبر من 20 أ ، فيمكن قياس التفاعلات ثنائية القطب الضعيفة الناتجة باستخدام طرق نبض أحدث مثل الرنين المزدوج للإلكترون (DEER) أو التماسك الكمي المزدوج (82-84). تم استخدام هذه الطرق لقياس مسافات انترنيتروكسيد وتوزيعات المسافات حتى 60 ألف أو أكثر. ميزة قياسات CW EPR هي أنه يمكن إجراؤها في درجة حرارة الغرفة (78) ، بينما تتطلب قياسات النبض ، مثل DEER ، تجميد العينات ، عادةً في درجات حرارة النيتروجين السائل أو أقل.

يمكن استخدام التغييرات في أي من معلمات SDSL المقاسة للكشف عن التغيرات في مطابقة البروتين ، والأهم من ذلك ، يمكن تفسير البيانات من حيث حركات الجسم الصلبة الحلزونية ، وحركة المجال النسبي ، والتغيرات في البنية الثانوية. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام قياسات مسافة SDSL لرسم خريطة للتغيرات التوافقية التي يسببها الترابط في BtuB (85) و LacY (86) و NhaA antiporter (87). يوضح الشكل 3 مثالاً على استخدام SDSL و DEER لتحديد التغييرات الهيكلية المصاحبة لربط الترابط مع الحلقات خارج الخلية في ناقل الغشاء الخارجي ، BtuB (88).

الشكل 3. يمكن استخدام وضع العلامات الدورانية الموجهة بالموقع لتوفير معلومات عن التغيرات الهيكلية في بروتينات الغشاء (72). (أ) سلسلة جانبية شائعة من النيتروكسيد R1 ، يتم إنتاجها عن طريق طفرات السيستين والتعديل التساهمي. (ب) ناقل OM ، BtuB ، يُظهر السلسلة الجانبية للنيتروكسيد ، R1 ، في الموضعين 188 و 291 في الحلقات خارج الخلية للناقل. الركيزة فيتامين ب12، (عرض CPK) ، جنبًا إلى جنب مع الرابط المشترك Ca 2+. (ج) إشارات DEER التي تم الحصول عليها من زوج الدوران هذا في غياب ووجود الركيزة (فيتامين B12) و Ca 2+ co-ligand. التتبع الصلب هو ملاءمة البيانات لتوزيع مسافات غاوسي واحد. يتم عرض كل من توزيع المسافة والتباعد (وهو الانحراف المعياري إلى Gaussian). يقصر ربط Ligand المسافة بين أزواج السبين ، مما ينتج عنه ترتيب الحلقة وتضييق توزيع المسافة (88).

مطيافية مغناطيسية نووية الحالة الصلبة

يمكن أيضًا تطبيق الرنين المغناطيسي النووي ذو الحالة الصلبة على بروتينات الغشاء في طبقات ثنائية الدهون ، والتطورات الأخيرة في الزاوية السحرية للغزل الرنين المغناطيسي النووي تظهر الأمل في تحديد الهيكل. على الرغم من أنه قد تم تحديد هياكل البروتينات البلورية الصغيرة (89) والببتيدات المرتبطة بالغشاء (90) ، إلا أنه لم يتم الإبلاغ بعد عن بنية البروتين الغشائي متعدد التنظير. إن الضرورة الرئيسية المطلوبة لدفع التقنية إلى الأمام هي تعيين التحول الكيميائي المتسلسل de novo لبقايا الأحماض الأمينية ، وفي السنوات القليلة الماضية ، أبلغت عدة مجموعات عن استراتيجيات ناجحة (91 ، 92).

بعد تحديد الهيكل ، تم استخدام الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة للتحقيق في هياكل الروابط المرتبطة بالغشاء. العديد من الأمثلة الحديثة هي بنية منخفضة الدقة للنيوروتنسين المرتبط بمستقبله المقترن بالبروتين G (93) ، ذيفان العقرب المرتبط بقناة البوتاسيوم الخيمرية (94) ، الشبكية في كل من رودوبسين وميثارودوبسين الثاني الوسيط (95) ، و يرتبط أستيل كولين بمستقبلاته (96). تتمتع هذه الدراسات بإمكانيات كبيرة لتصميم وتحسين بروتينات الغشاء التي تستهدف الأدوية (97).

يمكن أن توفر العديد من الأدوات الفيزيائية الحيوية معلومات عن الهيكل والديناميكيات والتغيرات التوافقية لبروتينات الغشاء. العديد من هذه الطرق خارج نطاق هذه المراجعة ولم يتم ذكرها هنا. ومع ذلك ، فإن كل من هذه الأساليب لها نقاط قوة وضعف لاستقصاء بنية بروتين الغشاء والديناميكيات الوظيفية بشكل كامل ، وهناك حاجة إلى العديد من التقنيات. الهياكل الثابتة عالية الدقة غنية بالمعلومات وتوفر نقطة انطلاق جيدة لتكوين فرضيات ومع ذلك ، فهي لا توفر فهمًا كاملاً للوظيفة الجزيئية للبروتين.

1. دينيتو جي بي ، كرونين تك ، لامبرايت دي جي. التعرف على الغشاء واستهدافه بمجالات ربط الدهون. علوم. STKE 2003 2003: re16.

2. Krogh A ، Larsson B ، von Heijne G ، Sonnhammer EL. توقع طوبولوجيا البروتين عبر الغشاء باستخدام نموذج ماركوف المخفي: تطبيق لإكمال الجينوم. جيه مول. بيول. 2001 305: 567-580.

3. Oberai A، Ihm Y، Kim S، Bowie JU. كون محدود من عائلات البروتين الغشائي وطياته. علوم البروتين. 2006 15: 1723-1734.

4. Engelman DM ، Chen Y ، Chin CN ، Curran AR ، Dixon AM ، Dupuy AD ، Lee AS ، Lehnert U ، Matthews EE ، Reshetnyak YK ، Senes A ، Popot JL. طي بروتين الغشاء: ما وراء نموذج المرحلتين. FEBS ليت. 2003555: 122-125.

5. Tamm LK ، Hong H ، Liang B. طي وتجميع بروتينات غشاء بيتا الأسطوانية. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 2004 1666: 250-263.

6. Wimley WC. بروتين غشاء بيتا برميل متعدد الاستخدامات. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 2003 13: 404-411.

7. von Heijne G. عالم البروتين الغشائي: ما هو موجود ولماذا الإزعاج؟ J. المتدرب. ميد. 2007 261: 543-557.

8. ديل كا. مبادئ البوليمر وطي البروتين. علوم البروتين. 1999 8: 1166-1180.

9. Liang J، Dill KA. هل البروتينات معبأة جيدًا؟ بيوفيز. J. 2001 81: 751-766.

10. Russ WP، Engelman DM. شكل GxxxG: إطار لترابط اللولب الحلزوني الغشائي. جيه مول. بيول. 2000 296: 911-919.

11. Senes A، Engel DE، DeGrado WF. طي بروتينات الغشاء الحلزوني: دور الأشكال القطبية ، الشبيهة بـ GxxxG والبرولين. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 2004 14: 465-479.

12. North B، Cristian L، Fu Stowell X، Lear JD، Saven JG، Degrado WF. توصيف غشاء بروتين قابل للطي ، سحاب Ser ، باستخدام الببتيدات المصممة. جيه مول. بيول. 2006 359: 930-939.

13. Meindl-Beinker NM ، Lundin C ، Nilsson I ، White SH ، von Heijne G. Asn- تفاعلات بوساطة بين حلزونات الغشاء أثناء تجميع البروتين الغشائي بوساطة transocon. مندوب EMBO .2006 7: 1111-1116.

14. Faham S، Yang D، Bare E، Yohannan S، Whitelegge JP، Bowie JU. مساهمات السلسلة الجانبية في بنية واستقرار بروتين الغشاء. جيه مول. بيول. 2004 335: 297-305.

15. von Heijne G. التطورات الحديثة في فهم تجميع البروتين الغشائي وهيكله. س القس بيوفيس. 1999 32: 285-307.

16. von Heijne G. طوبولوجيا بروتين الغشاء. نات. القس مول. زنزانة. بيول. 2006 7: 909-918.

17. Ulmschneider MB ، Sansom MS ، Di Nola A. خصائص هياكل البروتين الغشائية المتكاملة: اشتقاق جهد الغشاء الضمني. البروتينات 2005 59: 252-265.

18. Nilsson J ، Persson B ، von Heijne G. تحليل مقارن لتوزيعات الأحماض الأمينية في بروتينات الغشاء المتكامل من 107 جينوم. البروتينات 2005 60: 606-616.

19. أبيض SH. إدخال البروتين الغشائي: العلاقة بين البيولوجيا والفيزياء. J. الجنرال فيزيول. 2007 129: 363-369.

20. Epand RM. تعدد الأشكال الدهنية الغشائية: العلاقة بخصائص الطبقة الثنائية ووظيفة البروتين. طرق مول. بيول. 2007400: 15-26.

21. Krauss M ، Haucke V. Phosphoinositides: منظمات حركة الأغشية ووظيفة البروتين. FEBS ليت. 2007 581: 2105-2111.

22. Andersen OS، Koeppe RE 2nd. سمك الطبقة الثنائية ووظيفة بروتين الغشاء: منظور نشط. Annu. القس بيوفيس. بيومول. هيكل. 2007 36: 107-130.

23. Doyle DA، Morais Cabral J، Pfuetzner RA، Kuo A، Gulbis JM، Cohen SL، Chait BT، MacKinnon R. هيكل قناة البوتاسيوم: الأساس الجزيئي للتوصيل K + والانتقائية. العلوم 1998 280: 69-77.

24. Kim JM، Altenbach C، Kono M، Oprian DD، Hubbell WL، Khorana HG. الأصول الهيكلية للتنشيط التأسيسي في رودوبسين: دور جسر الملح K296 / E113. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2004101: 12508-12513.

25. Rao VR، Oprian DD. تنشيط طفرات رودوبسين ومستقبلات البروتين G الأخرى. Annu. القس بيوفيس. بيومول. هيكل. 1996 25: 287-314.

26. Wiener MC. نقل الغشاء الخارجي المعتمد على TonB: الذهاب إلى الباروك؟ بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 2005 15: 394-400.

27. Von Heijne G. تجميع بروتين الغشاء في الجسم الحي. حال. بروتين كيم. 2003 63: 1-18.

28. White SH ، Von Heijne G. آلة تجميع بروتين الغشاء. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 2004 14: 397-404.

29. Helenius A ، Aebi M. أدوار الجليكانات المرتبطة بـ N في الشبكة الإندوبلازمية. Annu. القس Biochem. 2004 73: 1019-1049.

30. Griffith DA، Delipala C، Leadsham J، Jarvis SM، Oesterhelt D. نظام جديد للتعبير عن الخميرة للإفراط في إنتاج البروتينات الغشائية التي يتم التحكم فيها بجودة عالية. FEBS ليت. 2003 553: 45-50.

31. ريان إم تي. Chaperones: إدخال براميل بيتا في الأغشية. بالعملة. بيول. 2004 14: R207-209.

32. Kutik S، Stojanovski D، Becker L، Becker T، Meinecke M، Kruger V، Prinz C، Meisinger C، Guiard B، Wagner R، Pfanner N، Wiedemann N. الخلية 2008 132: 1011-1024.

33. Grisshammer R، Tate CG. الإفراط في التعبير عن بروتينات الغشاء المتكامل للدراسات الهيكلية. س: القس بيوفيس. 1995 28: 315-422.

34. Grisshammer R. فهم التعبير المؤتلف لبروتينات الغشاء. بالعملة. رأي. التكنولوجيا الحيوية. 2006 17: 337-340.

35. Miroux B، Walker JE. الإفراط في إنتاج البروتينات في الإشريكية القولونية: مضيفات متحولة تسمح بتركيب بعض البروتينات الغشائية والبروتينات الكروية بمستويات عالية. جيه مول. بيول. 1996 260: 289-298.

36. Chen Y، Song J، Sui SF، Wang DN. سهّل DnaK و DnaJ عملية الطي وقلل من تكوين جسم التضمين لناقل المغنيسيوم CorA المفرط في الإشريكية القولونية. البروتين Expr. بوريف. 2003 32: 221-231.

37. Locher KP، Bass RB، Rees DC. علم الأحياء الإنشائي. خرق الحاجز. Science 2003301: 603-604.

38. Wang DN ، Safferling M ، Lemieux MJ ، Griffith H ، Chen Y ، Li XD. الجوانب العملية للإفراط في التعبير عن ناقلات الأغشية الثانوية البكتيرية للدراسات الهيكلية. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 2003 1610: 23-36.

39. كولومبوس إل ، ليبفيرت جي ، كلوك إتش ، ميليت الأول ، دونياش إس ، ليزلي سا. التعبير عن البروتينات الغشائية Thermotoga maritima وتنقيتها وتوصيفها لتحديد البنية. علوم البروتين. 2006 15: 961-975.

40. Savage DF، Anderson CL، Robles-Colmenares Y، Newby ZE، Stroud RM. مكملات خالية من الخلايا في التعبير الحي لبروتين غشاء الإشريكية القولونية. علوم البروتين. 2007 16: 966-976.

41. Wiener MC. دليل المشاة لتبلور بروتين الغشاء. طرق 2004 34: 364-372.

42. Cadene M، Chait BT. طريقة قوية وصديقة للمنظفات لتحليل طيف الكتلة لبروتينات الغشاء المتكامل. شرجي. تشيم. 2000 72: 5655-5658.

43. Raman P ، Cherezov V ، Caffrey M. بنك بيانات بروتين الغشاء. زنزانة. مول. علوم الحياة. 2006 63: 36-51.

44. Kantardjieff KA، Rupp B. Matthews احتمالات المعامل: تقديرات محسنة لمحتويات خلية الوحدة من البروتينات والحمض النووي وبلورات مجمع الحمض النووي البروتيني. علوم البروتين. 2003 12: 1865-1871.

45. Prince SM ، Howard TD ، Myles DA ، Wilkinson C ، Papiz MZ ، Freer AA ، Cogdell RJ ، Isaacs NW. هيكل المنظفات في بلورات الغشاء المتكامل معقد حصاد الضوء LH2 من سلالة Rhodopseudomonas acidophila 10050. J. Mol. بيول. 2003 326: 307-315.

46. ​​Snijder HJ، Timmins PA، Kalk KH، Dijkstra BW. تنظيم المنظفات في بلورات أحادي فوسفوليباز الغشاء الخارجي أ. بيول. 2003 141: 122-131.

47. Guan L، Smirnova IN، Verner G، Nagamori S، Kaback HR. التلاعب بالفوسفوليبيدات من أجل بلورة بروتين نقل الغشاء. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2006103: 1723-1726.

48. Zhang H، Kurisu G، Smith JL، Cramer WA. مركب محدد من البروتين والمنظفات والدهون لبلورة بروتينات الغشاء المتكاملة: مركب السيتوكروم b6f لعملية التمثيل الضوئي الأكسجين. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2003100: 5160-5163.

49. Jidenko M ، Nielsen RC ، Sorensen TL ، Moller JV ، le Maire M ، Nissen P ، Jaxel C. تبلور بروتين غشاء الثدييات المفرط في Saccharomyces cerevisiae. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2005102: 11687-11691.

50. Lemieux MJ، Song J، Kim MJ، Huang Y، Villa A، Auer M، Li XD، Wang DN. التبلور ثلاثي الأبعاد لناقل Escherichia coli glycerol-3-phosphate: عضو في عائلة الميسر الرئيسية. علوم البروتين. 2003 12: 2748-2756.

51. Landau EM، Rosenbusch JP. مراحل التكعيب الدهني: مفهوم جديد 69. لتبلور البروتينات الغشائية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 1996 93: 14532-14535.

52. Wadsten P، Wohri AB، Snijder A، Katona G، Gardiner AT، Cogdell 70. RJ، Neutze R، Engstrom S. تبلور طور الإسفنج الدهني لبروتينات الغشاء. جيه مول. بيول. 2006 364: 44-53.

53. Faham S، Bowie JU. تبلور Bicelle: طريقة جديدة لـ 71. تبلور البروتينات الغشائية ينتج عنها بنية أحادية البكتيرية رودوبسين. جيه مول. بيول. 2002316: 1-6.

54. Cherezov V، Rosenbaum DM، Hanson MA، Rasmussen SG، 72. Thian FS، Kobilka TS، Choi HJ، Kuhn P، Weis WI، Kobilka BK، Stevens RC. هيكل بلوري عالي الدقة لمستقبلات مقترنة بالبروتين G بيتا 2 الأدرينالية البشرية. العلوم 2007318: 1258-1265.

55. Iwata S ، Ostermeier C ، Ludwig B ، Michel H. Structure at 2.8 A تحليل السيتوكروم سي أوكسيديز من Paracoccus denitrificans. طبيعة 1995376: 660-669.

56. Jiang Y، Lee A، Chen J، Ruta V، Cadene M، Chait BT، Mac-Kinnon R. هيكل الأشعة السينية لقناة K + المعتمدة على الجهد. Nature 2003 423: 33-41.

57. هانت سي ، ميشيل هـ. تبلور بروتينات الغشاء بوساطة شظايا الجسم المضاد. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 2002 12: 503-508.

58. Rasmussen SG ، Choi HJ ، Rosenbaum DM ، Kobilka TS ، Thian FS ، Edwards PC ، Burghammer M ، Ratnala VR ، Sanishvili R ، Fischetti RF ، Schertler GF ، Weis WI ، Kobilka BK. التركيب البلوري للمستقبل البشري المقترن بالبروتين G beta2 الأدرينالي. طبيعة 2007 450: 383-387.

59. Liang B، Tamm LK. هيكل بروتين الغشاء الخارجي G بواسطة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2007104: 16140-16145.

60. Sanders CR ، Sonnichsen F. Solution NMR لبروتينات الغشاء: الممارسة والتحديات. Magn. ريسون. تشيم. 2006 44: S24-S40.

61. فرنانديز C ، Hilty C ، Wider G ، Guntert P ، Wuthrich K. هيكل NMR لبروتين الغشاء المتكامل OmpX. جيه مول. بيول. 2004 336: 1211-1221.

62. Hwang PM، Choy WY، Lo EI، Chen L، Forman-Kay JD، Raetz CR، Prive GG، Bishop RE، Kay LE. هيكل المحلول وديناميكيات إنزيم الغشاء الخارجي PagP بواسطة NMR. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2002 99: 13560-13565.

63. Arora A، Abildgaard F، Bushweller JH، Tamm LK. هيكل بروتين الغشاء الخارجي مجال عبر الغشاء بواسطة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. نات. هيكل. بيول. 2001 8: 334-338.

64. Oxenoid K، Kim HJ، Jacob J، Sonnichsen FD، Sanders CR. تعيينات الرنين المغناطيسي النووي لبروتين غشاء حلزوني 40 كيلو دالتون. جيه. تشيم. شركة 2004126: 5048-5049.

65. Chill JH، Louis JM، Miller C، Bax A. NMR دراسة لقناة البوتاسيوم الرباعية KcsA في المذيلات المنظفات. علوم البروتين. 2006 15: 684-689.

66. Liang B، Bushweller JH، Tamm LK. وضع العلامات المغنطيسية المتوازية الموجهة بالموقع وتحسين الاسترخاء البارامغناطيسي في تحديد بنية بروتينات الغشاء عن طريق التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي المحلول. أكون. تشيم. شركة 2006128: 4389-4397.

67. Cierpicki T، Liang B، Tamm LK، Bushweller JH. زيادة دقة هياكل الرنين المغناطيسي النووي المحلول لبروتينات الغشاء عن طريق تطبيق وصلات ثنائية القطب المتبقية. هيكل عالي الدقة لبروتين الغشاء الخارجي A. J. Am. تشيم. شركة 2006 128: 6947-6951.

68. Vinogradova O، Sonnichsen F، Sanders CR 2nd. عند اختيار المنظفات لمحلول دراسات الرنين المغناطيسي النووي لبروتينات الغشاء. J. بيومول. الرنين المغناطيسي النووي. 1998 11: 381-386.

69. Chill JH ، Louis JM ، Baber JL ، Bax A. قياس استرخاء 15N في قناة البوتاسيوم الرباعية الذوبان KcsA المنظف. J. بيومول. NMR 2006 36: 123-136.

70. Hwang PM، Bishop RE، Kay LE. يتناوب إنزيم الغشاء المتكامل PagP بين حالتين متمايزتين ديناميكيًا. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2004101: 9618-9623.

71. Hubbell WL، Gross A، Langen R، Lietzow MA. التطورات الحديثة في وضع العلامات الدورانية الموجهة للموقع للبروتينات. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 1998 8: 649-656.

72. Hubbell WL، Cafiso D، Altenbach C. تحديد التغييرات التوافقية مع وضع العلامات الدورانية الموجهة للموقع. نات. هيكل. بيول. 2000 7: 735-739.

73. كولومبوس L، Hubbell WL. تدور جديد حول ديناميات البروتين. اتجاهات Biochem. علوم. 2002 27: 288-295.

74. Hubbell WL، Altenbach C. التحقيق في البنية والديناميات في بروتينات الغشاء باستخدام وضع العلامات المغزلية الموجهة بالموقع. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 1994 4: 566-573.

75. فيكتور KG ، Cafiso DS. موقع وديناميات الببتيدات الأساسية في واجهة الغشاء: التحليل الطيفي بالرنين المغنطيسي الإلكترونى للببتيدات التي تحمل علامة حمض رباعي ميثيل-بيبريدين- N- أوكسيل-4-أمينو-4-كربوكسيليك. بيوفيز. J. 2001 81: 2241-2250.

76. Altenbach C، Greenhalgh DA، Khorana HG، Hubbell WL. طريقة التدرج التصادمي لتحديد عمق غمر النيتروكسيدات في طبقات الدهون الثنائية. تطبيق لطفرات سبين المسمى من بكتيريورودوبسين. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 1994 91: 1667-1671.

77. Fanucci GE، Cafiso DS. التطورات والتطبيقات الحديثة لوضع العلامات الدورانية الموجهة بالموقع. بالعملة. رأي. هيكل. بيول. 2006 16: 644-653.

78. Altenbach C، Cai K، Klein-Seetharaman J، Khorana HG، Hubbell WL.تقدير المسافات بين المخلفات في البروتينات التي تحمل علامة الدوران في درجات الحرارة الفسيولوجية: الاستراتيجيات التجريبية والقيود العملية. الكيمياء الحيوية 2001 40: 15471-15482.

79. Hustedt EJ، Smirnov AI، Laub CF، Cobb CE، Beth AH. المسافات الجزيئية من ملصقات الدوران المزدوجة القطبية: التحليل العالمي لبيانات الرنين المغنطيسي الإلكترون ذات الموجات المستمرة متعددة الترددات. بيوفيز. 1997 74: 1861-1877.

80. Rabenstein MD، Shin Y-K. تحديد المسافة بين علامتي دوران متصلتين بجزيء ضخم. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 1995 92: 8239-8243.

81. Steinhoff H-J، Radzwill N، Thevis W، Lenz V، Brandenburg D، Antson A، Dodson G، Wollmer A. تحديد المسافات بين الدبابيس الملصقة بالأنسولين: مقارنة بيانات الرنين المغنطيسي للإلكترون مع بنية الأشعة السينية. بيوفيز. 1997 73: 3287-3298.

82. Borbat PP، McHaourab HS، Freed JH. تحديد بنية البروتين باستخدام قيود المسافات الطويلة من التماسك الكمي المزدوج ESR: دراسة الليزوزيم T4. جيه. تشيم. شركة 2002124: 5304-5314.

83. Jeschke G. قياسات المسافة في مدى النانومتر عن طريق النبض EPR. ChemPhysChem. 2002 3: 927-932.

84. Jeschke G ، Polyhach Y. قياسات المسافة على الجزيئات الحيوية ذات العلامات الدورانية بواسطة الرنين المغنطيسي الإلكترون النبضي. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 2007 9: 1895-1910.

85. Xu Q ، Ellena JF ، Kim M ، Cafiso DS. الكشف المعتمد على الركيزة لعزر اقتران الطاقة لبروتين نقل الغشاء المحدد بواسطة صدى الإلكترون المزدوج. الكيمياء الحيوية 2006 45: 10847-10854.

86. سميرنوفا الأول ، كاشو الخامس ، تشوي جي ، ألتنباخ سي ، هوبيل دبليو إل ، كاباك إتش آر. يؤدي ربط السكر إلى تشكيل مواجهة خارجية لـ LacY. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2007104: 16504-16509.

87. Hilger D، Jung H، Padan E، Wegener C، Vogel KP، Steinhoff HJ، Jeschke G. . بيوفيز. 2005 89: 1328-1338.

88. Kim M، Xu Q، Murray D، Cafiso DS. تغير المواد المذابة من شكل حلقات الربط الرابطة في ناقلات الغشاء الخارجي. الكيمياء الحيوية 2008 47: 670-679.

89. Castellani F ، van Rossum B ، Diehl A ، Schubert M ، Rehbein ، K Oschkinat H. بنية البروتين المحددة بواسطة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ذي الحالة الصلبة. Nature 2002420: 98-102.

90. Hong M. هيكل وطوبولوجيا وديناميكيات غشاء الببتيدات والبروتينات من مطيافية الحالة الصلبة بالرنين المغناطيسي النووي. J. فيز. تشيم. ب 2007111: 10340-10351.

91. Etzkorn M، Martell S، Andronesi OC، Seidel K، Engelhard M، Baldus M. البنية الثانوية ، الديناميكيات ، والطوبولوجيا لمستقبلات سبعة لولب في الأغشية الأصلية ، تمت دراستها بواسطة التحليل الطيفي للحالة الصلبة بالرنين المغناطيسي النووي. انجيو. تشيم. كثافة العمليات إد. إنجل. 2007 46: 459-462.

92. Li Y، Berthold DA، Frericks HL، Gennis RB، Rienstra CM. التخصيصات الجزئية (13) C و (15) N للتحويل الكيميائي للإنزيم DsbB لتكوين الترابط ثنائي الكبريتيد بواسطة التحليل الطيفي ثلاثي الأبعاد للزاوية السحرية بالرنين المغناطيسي النووي. تشيمبيوتشيم. 2007 8: 434-442.

93. Luca S ، White JF ، Sohal AK ، Filippov DV ، van Boom JH ، Grisshammer R ، Baldus M. تشكيل نيوروتنسين مرتبط بمستقبله المقترن بالبروتين G. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2003100: 10706-10711.

94. لانج أ ، جيلر ك ، هورنيج إس ، مارتن إوكلاير إم إف ، بونجس O ، بيكر إس ، بالدوس م.التغيرات التوافقية التي يسببها التوكسين في قناة البوتاسيوم التي تم الكشف عنها بواسطة الحالة الصلبة بالرنين المغناطيسي النووي. طبيعة 2006440: 959-962.

95. باتيل أب ، كروكر إي ، إيلرز إم ، هيرشفيلد إيه ، شيفز إم ، سميث سو. اقتران أزمرة الشبكية لتنشيط رودوبسين. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2004101: 10048-10053.

96. Williamson PT ، Verhoeven A ، Miller KW ، Meier BH ، Watts A. تشكيل أستيل كولين في موقعه المستهدف في غشاء مستقبلات النيكوتين أسيتيل كولين. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2007104: 18031-18036.

97. Watts A. الحالة الصلبة بالرنين المغناطيسي النووي في تصميم الأدوية واكتشاف الأهداف المضمنة في الغشاء. نات. القس اكتشاف المخدرات. 2005 4: 555-568.

لوكي م ، أد. البيولوجيا الهيكلية للغشاء: مع أسس الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية. 2008. مطبعة جامعة كامبريدج ، نيويورك.

Lundstrom KH ، محرر. علم الجينوم الإنشائي على بروتينات الغشاء. 2006.

مطبعة CRC ، تايلور وأمبير فرانسيس ، بوكا راتون ، فلوريدا.

Pebay-Peyroula E ، محرر. التحليل الفيزيائي الحيوي للبروتينات الغشائية: دراسة التركيب والوظيفة. 2008. Wiley-VCH ، Weinheim ، ألمانيا.

دهون ثنائية الطبقات ، خصائص

تجميع الغشاء في الأنظمة الحية

بروتينات الغشاء ، خصائص

استهداف البروتين ونقله

إذا كنت صاحب حقوق الطبع والنشر لأي مادة واردة على موقعنا وتعتزم إزالتها ، فيرجى الاتصال بمسؤول الموقع للحصول على الموافقة.


الملخص

اختلاف نقل التشبع (STD) يعد NMR طريقة سريعة ومتعددة الاستخدامات لفحص المخاليط المركبة في وجود مستقبل لتقارب الارتباط ولتمييز حاتمة الربط الرابطة. نوضح هنا أنه يمكن التحقيق في تفاعلات الترابط مع بروتينات الغشاء المتكاملة بواسطة STD NMR إذا تم تضمين المستقبل في طبقة ثنائية الدهون في الجسيم الشحمي. إننتج αIIbβ3، يُطلق عليه أيضًا GPIIb-IIIa ، هو بروتين سكري على سطح الصفائح الدموية يلعب دورًا محوريًا في تراكم الصفائح الدموية ويتفاعل مع البروتينات والببتيدات التي تقدم نموذج التعرف على الببتيد RGD. المنقى الإنسان إنتجرين αIIbβ3 تم دمجها في الجسيمات الشحمية ، وتم تحليل ارتباط ببتيدات RGD بواسطة تقنيات STD NMR. أعطى Cyclo (RGDfV) تأثيرات STD NMR في وجود الجسيمات الشحمية التي تحتوي على الإنتجرين. أعطى حجم تأثير STD كدالة لتركيز الترابط قيمة لثابت التفكك 30-60 ميكرومتر. أدت إضافة RGD ضعيف الارتباط إلى محلول cyclo (RGDfV) إلى تأثيرات STD لـ ligand cyclo (RGDfV) الأقوى فقط. يوضح هذا بالاتفاق مع الأدبيات أن الببتيد RGD هو يجند أضعف بكثير للإنتجرين من سيكلو الببتيد (RGDfV) الذي يحل إلى حد كبير محل ببتيدات RGD من موقع الربط. تم تمييز حلقمة الربط الخاصة بـ ligand cyclo (RGDfV) بواسطة STD NMR لاحتواء أقسام من d -Phe ، ومجموعات Val methyl ، و Arg α ، و ، و البروتونات ، وواحد Hβ من Asp ، وواحد Hα من Gly.

الاختصارات: α αIIbβ3 مستقبلات الفيبرينوجين ، بروتين سكري الصفائح الدموية IIb-IIIa cyclo (RGDfV) ، cyclo (1،5) -arginyl-glycinyl-aspartyl- d -phenylalanyl-valine DMPC ، 1،2-dimyristoyl-راك-جليسيرو -3 فوسفوكولين DMPG ، 1،2-ديميرستويل-sn-جلسرو-3- [فوسفو-راك- (1-جلسرين)] ملح الصوديوم LUV ، حويصلات كبيرة أحادية الصفيحة PAGE ، رحلان كهربي بولي أكريلاميد RGD ، حمض الأرجينيل جليسينيل الأسبارتيك SDS ، كبريتات دوديسيل الصوديوم SAR ، التركيب − علاقة النشاط STD ، فرق نقل التشبع trNOE ، تأثير Overhauser النووي المنقول.


كيف يمكن أن يكون الليجند بروتينًا غشائيًا متكاملًا؟ - مادة الاحياء

الإشارات الحيوية هي عملية تستقبل فيها الخلايا الإشارات وتعمل على أساسها. تشارك البروتينات في الإشارات الحيوية بقدرات مختلفة ، بما في ذلك العمل كروابط خارج الخلية ، وناقلات للانتشار الميسر ، وبروتينات مستقبلية ، ورسائل ثانية. يمكن أن يكون للبروتينات المشاركة في الإشارات الحيوية وظائف في ارتباط الركيزة أو النشاط الأنزيمي.

القنوات الأيونية هي بروتينات تخلق مسارات محددة للجزيئات المشحونة. يتم تصنيفها إلى ثلاث مجموعات رئيسية ، والتي لها آليات فتح مختلفة ، ولكن جميعها تسمح بالانتشار الميسر للجسيمات المشحونة. نشر الميسرهو نوع من النقل السلبي ، هو انتشار الجزيئات أسفل تدرج تركيز من خلال ثقب في الغشاء الناتج عن هذا البروتين الغشائي. يتم استخدامه للجزيئات غير المنفذة للغشاء (كبيرة أو قطبية أو مشحونة). يسمح الانتشار الميسر لبروتينات الغشاء المتكاملة بالعمل كقنوات لهذه الركائز لتجنب ذيول الأحماض الدهنية الكارهة للماء للطبقة الثنائية الفوسفورية. الأنواع الثلاثة الرئيسية للقنوات الأيونية هي غير مسورة ، وبوابة الجهد ، وبوابة ليجند.

تم تحديد مئات القنوات الأيونية التي تعمل في إشارات الخلية واستثارة الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القنوات الأيونية هي أهداف دوائية في علاج كل شيء من أمراض القلب (حاصرات قنوات الكالسيوم) إلى النوبات (حاصرات قنوات الصوديوم) إلى متلازمة القولون العصبي (مستقبلات الأسيتيل كولين / حاصرات قنوات الكاتيون).

القنوات غير المؤرخة

كما يوحي اسمهم ، القنوات غير المسجّلة ليس لها بوابات وبالتالي فهي غير منظمة. على سبيل المثال ، تمتلك جميع الخلايا قنوات بوتاسيوم غير مسننة. هذا يعني أنه سيكون هناك تدفق صافٍ لأيونات البوتاسيوم عبر هذه القنوات ما لم يكن البوتاسيوم في حالة توازن.

قنوات الجهد الكهربائي

في قنوات الجهد الكهربائي، يتم تنظيم البوابة من خلال التغيير المحتمل للغشاء بالقرب من القناة. على سبيل المثال ، تمتلك العديد من الخلايا المثيرة مثل الخلايا العصبية قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. يتم إغلاق القنوات في ظل ظروف الراحة ، ولكن إزالة الاستقطاب من الغشاء يتسبب في تغيير تكوين البروتين الذي يسمح لها بالفتح بسرعة ثم الإغلاق بسرعة مع زيادة الجهد. توجد قنوات الصوديوم والبوتاسيوم غير المحددة ذات الجهد الكهربائي في خلايا العقدة الجيبية الأذينية للقلب. هنا ، تعمل كتيار منظم ضربات القلب مع انخفاض الجهد ، وتفتح هذه القنوات لإعادة الخلية إلى العتبة وإطلاق جهد عمل آخر ، كما هو موضح في الشكل 3.4.

شكل 3.4. إمكانية عمل العقدة الجيبية الأذينية

قنوات Ligand-Gated

ل القنوات ذات البوابات الترابطية، يؤدي ارتباط مادة معينة أو رابط للقناة إلى فتحها أو إغلاقها. على سبيل المثال ، تعمل الناقلات العصبية في القنوات ذات البوابات الترابطية في الغشاء بعد المشبكي. الناقل العصبي المثبط وجامايرتبط حمض أمينوبوتيريك (GABA) بقناة كلوريد ويفتحها.

يعتمد النشاط عند التقاطع العصبي العضلي ومعظم المشابك الكيميائية على القنوات الأيونية المترابطة. يستفيد الجهاز العصبي بشكل خاص من هذا النوع من البوابات ، وكذلك القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي ، كما تمت مناقشته في الفصل 4 من مراجعة علم الأحياء MCAT.

ال كم و الخامسالأعلى تنطبق المعلمات التي تنطبق على الإنزيمات أيضًا على ناقلات مثل القنوات الأيونية في الأغشية. يمكن اشتقاق حركية النقل من معادلات Michaelis-Menten و Lineweaver-Burk ، حيث كم يشير إلى تركيز المذاب الذي يعمل فيه الناقل بنصف نشاطه الأقصى.

قد تعرض المستقبلات الغشائية أيضًا نشاطًا تحفيزيًا استجابةً للربط الترابطي. هؤلاء المستقبلات المرتبطة بالإنزيم لديها ثلاثة مجالات بروتينية أساسية: مجال ممتد للغشاء ومجال ربط يجند ومجال تحفيزي. ال مجال يمتد الغشاء يثبت المستقبل في غشاء الخلية. ال مجال ربط يجند يتم تحفيزه بواسطة الترابط المناسب ويؤدي إلى تغيير توافقي ينشط المجال الحفاز. يؤدي هذا غالبًا إلى بدء ملف شلال الرسول الثاني. كينازات مستقبلات التيروزين (RTKs) أمثلة كلاسيكية. تتكون RTK من مونومر يتضاءل عند ربط الترابط. الثنائى هو الشكل النشط الذي يفسفر الإنزيمات الخلوية الإضافية ، بما في ذلك المستقبل نفسه (الفسفرة الذاتية). تشمل الفئات الأخرى من المستقبلات المرتبطة بالإنزيم سيرين / كينازات البروتين الخاصة بالثريونين و مستقبلات الفوسفات التيروزين.

المفهوم الرئيسي

يمكن أن تستفيد الإشارات الحيوية من التدرجات الموجودة (القنوات الأيونية) أو سلاسل الرسائل الثانية (المستقبلات المرتبطة بالإنزيم والمستقبلات المقترنة بالبروتين G).

مستقبلات البروتين G المزدوجة

مستقبلات البروتين G (GPCRs) هي عائلة كبيرة من بروتينات الغشاء المتكاملة المشاركة في نقل الإشارة. تتميز بأغشيةها السبعة الممتدة &ألفا-هيليس. تختلف المستقبلات في خصوصية منطقة الربط الترابطية الموجودة على السطح خارج الخلية للخلية. من أجل أن تنقل GPCR الإشارات إلى المستجيب في الخلية ، فإنها تستخدم بروتين G غير المتجانسة. تمت تسمية بروتينات G بسبب ارتباطها داخل الخلايا بالنيوكليوتيدات الجوانين (الناتج المحلي الإجمالي و GTP). يزيد ارتباط ligand من ألفة المستقبل للبروتين G. يمثل ارتباط البروتين G تحولًا إلى الحالة النشطة ويؤثر على مسار الإشارات داخل الخلايا. هناك العديد من بروتينات G المختلفة التي يمكن أن تؤدي إما إلى تحفيز أو تثبيط مسار الإشارة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من بروتينات G:

& middot & emspGس يحفز محلقة الأدينيلات ، مما يزيد من مستويات cAMP في الخلية

& middot & emspGأنا يثبط إنزيم الأدينيلات ، مما يقلل من مستويات cAMP في الخلية

& middot & emspGف ينشط فسفوليباز ج، الذي يشق فوسفوليبيد من الغشاء ليشكل PIP2. PIP2 ثم يتم شقها في DAG و IP3 IP3 يمكن أن يفتح قنوات الكالسيوم في الشبكة الإندوبلازمية ، مما يزيد من مستويات الكالسيوم في الخلية

شكل 3.5. دورة البروتين G الثلاثية (Gس أو جيأنا)

وظائف بروتينات G غير المتجانسة:

& middot & emspGس ستوقيت.

& middot & emspGأنا أناالعارضات.

& middot & emsp "اهتم ص'رمل ف": Gف ينشط صهوسفوليباز ج.

الوحدات الفرعية الثلاث التي يتكون منها بروتين G هي &ألفا, & بيتا، و وجاما. في شكله غير النشط ، فإن &ألفا الوحدة الفرعية يربط الناتج المحلي الإجمالي وهو في معقد مع & بيتا و وجاما الوحدات الفرعية. عندما يرتبط ligand بـ GPCR ، يتم تنشيط المستقبل ، ويشارك بدوره بروتين G المقابل ، كما هو موضح في الخطوة 1 من الشكل 3.5. بمجرد استبدال الناتج المحلي الإجمالي بـ GTP ، فإن &ألفا الوحدة الفرعية قادرة على الانفصال عن & بيتا و وجاما الوحدات الفرعية (الخطوة 2). المنشط &ألفا وحدة فرعية يغير نشاط أدينيلات سيكليس. إذا كان &ألفا الوحدة الفرعية هي &ألفاس، ثم يتم تنشيط الإنزيم إذا كان &ألفا الوحدة الفرعية هي &ألفاأنا، ثم يتم تثبيط الإنزيم. بمجرد تفعيل GTP &ألفا الوحدة الفرعية غير فسفرة إلى الناتج المحلي الإجمالي (الخطوة 3) ، فإن &ألفا ستعود الوحدة الفرعية إلى & بيتا و وجاما الوحدات الفرعية (الخطوة 4) ، مما يجعل بروتين G غير نشط.

فحص مفهوم MCAT 3.2:

قبل المضي قدمًا ، قم بتقييم فهمك للمادة باستخدام هذه الأسئلة.


نقاش

HA عبارة عن عديد السكاريد ذو الكتلة الجزيئية العالية الشحنة السالبة ويتكون من سكريات متكررة من حمض الجلوكورونيك d ون- أسيتيل جلوكوزامين (جوا وبنفيلد ، 1994). يتم التعبير عنه في كل مكان في الفضاء خارج الخلية ، ويمثل مكونًا رئيسيًا لـ ECM ، وله دور مركزي في استقرار ECM (Knudson and Knudson ، 1993). العديد من العمليات الخلوية بما في ذلك هجرة الخلايا (Chen وآخرون.، 1989) ، التصاق (كلاين وآخرون.، 1996) ، والانتشار (Mast وآخرون.، 1993 Wiigوآخرون.، 1996) متأثرًا بـ HA. وبالتالي ، يلعب HA دورًا مهمًا في عمليات مثل التشكل (Toole ، 1997) ، التئام الجروح (Nishida وآخرون.، 1991) ، التهاب (Weigelوآخرون.، 1988) ، وتهريب الخلايا المناعية (Mohamadzadehوآخرون.، 1998) ، وكذلك في العديد من جوانب بيولوجيا الورم (Delpech وآخرون., 1997).

يتم التوسط في العديد من تأثيرات HA من خلال تفاعله مع البروتينات والمستقبلات المرتبطة بـ HA. تحتوي غالبية البروتينات المرتبطة بـ HA على وحدة بروتين شائعة تسمى وحدة الارتباط ، وهي مجال هيكلي يتكون من ∼100 من الأحماض الأمينية في الطول (Neame and Barry ، 1993 Kohda وآخرون.، 1996). تم وصف وحدات الارتباط في العديد من جزيئات ECM (بروتين الرابط ، aggrecan ، versican ، neurocan ، و brevican) وكذلك على مستقبلات سطح الخلية. ومع ذلك ، لا تحتوي جميع البروتينات المرتبطة بـ HA على مجال ارتباط ، مثل RHAMM ، Cdc37 ، مثبط inter-α-trypsin ، بروتين ربط HA بالبلازما ، بروتين رابط HA للأرومة الليفية (تمت مراجعته بحلول اليوم ، 1999) ، وربط الهيالورونات داخل الخلايا بروتين (هوفمان وآخرون.، 1998). أفضل مستقبلات سطح خلية HA هي CD44 و RHAMM و ICAM-1 و LYVE-1 (Entwistle وآخرون.، 1996 بانيرجي وآخرون.، 1999) ، على الرغم من وجود بعض الجدل حول ما إذا كان ICAM-1 هو مستقبل HA حقيقي (McCourt and Gustafson ، 1997).

في هذا العمل ، بحثنا عن ligand لـ Layilin ، وهو بروتين رابط جديد لـ talin موضعي في الكشكشة الغشائية وأظهرنا أن Layilin هو مستقبل سطح خلية رابط HA جديد بناءً على المعايير التالية: 1) يرتبط بروتين Layilin-Fc الاندماج بـ HA مثبتة في سيفاروس ، ويمكن التصفية من المادة المربوطة مع HA dodecasaccharides عالي النقاء 2) HA ، ولكن ليس GAGs الأخرى المختبرة ، يترسب الليلين في وجود 1٪ CPC 3) يرتبط الليلين بـ HA المثبت في آبار ميكروتيتر ، وربط HA القابل للذوبان لتثبيط الليلين 4) بقع الليلين- IgG HA على أقسام الأنسجة المجمدة بطريقة حساسة للهيالورونيداز ، في حين أن معالجة chondroitinase أو heparitinase للأقسام لم تؤثر على شدة التلوين 5) خلايا الليلين السلبية التي لا ترتبط بـ HA في فحوصات الالتصاق تصبح ملتصقة بعد تعداء مع ليلين. وبالتالي ، فإن الليلين هو عضو في عائلة البروتينات المرتبطة بـ HA ويمكن أن يعمل كمستقبل التصاق الخلية المرتبط بـ HA.

لا تحتوي Layilin على هوية تسلسل واضحة مع مستقبلات HA المستنسخة سابقًا ولا تحتوي على وحدة ارتباط أو Bx7عزر B (تسلسل حلزوني ألفا مع مجموعات من الأحماض الأمينية الأساسية) ، وهو تسلسل ربط HA في RHAMM (يانغوآخرون.، 1994) ، مستقبلات HA أخرى بدون مجال ارتباط. ومع ذلك ، فإن المجال خارج الخلية للليلين متماثل مع الليكتين من النوع C. ربما يفسر التماثل الهيكلي بين مجال الرابط والنوع C المحاضرات قدرة Layilin على ربط HA (Brissett and Perkins ، 1996 Kohda وآخرون., 1996).

على الرغم من أن Layilin و CD44 ، أحد مستقبلات HA المعروفة ، لا يشتركان في أي تماثل متسلسل ، إلا أن هناك تشابهًا مثيرًا للاهتمام بين Layilin و CD44. كلاهما يرتبط بـ HA عبر الجزء خارج الخلية (مجال الارتباط في CD44 ، والليكتين في Layilin) ​​، وكلاهما يمكن أن يرتبط بجزيئات عائلة ERM الفائقة مع أجزائه داخل الخلايا لأنه تم الإبلاغ عن CD44 لربط ezrin و Merlin (Sainio وآخرون.، 1997 وآخرون.، 1998 يونيمورا وآخرون.، 1998) ، ويمكن للليلين ربط التالين والراديكسين (Borowsky and Hynes ، 1998 Cordero ، بيانات غير منشورة). بالنسبة إلى CD44 ، تم تعيين موقع ربط ERM إلى مجموعة حمض أميني 19 موجبة الشحنة في منطقة الغشاء الجوكسي للمجال السيتوبلازمي (يونيمورا). وآخرون.، 1998). ومع ذلك ، لا يحتوي Layilin على مجموعة أحماض أمينية موجبة الشحنة واضحة بجوار منطقة الغشاء الممتد ، وقد أبلغنا سابقًا أن أقصر نموذج ربط تالين موجود في الطرف C لمجال ليلين السيتوبلازمي (Borowsky and Hynes ، 1998).ومع ذلك ، فإن شركاء الربط المتشابهين خارج الخلية وداخل الخلايا يقترحون وظائف مشتركة محتملة بين هذه الجزيئات ، وبالتالي ، سيكون من المهم معرفة ما إذا كان للليلين دورًا أيضًا في عمليات انتقال الكريات البيض إلى المواقع الملتهبة ، والتصاق الخلايا والهجرة ، ورم خبيث للورم. (جونترت وآخرون.، 1991 ستامينكوفيتش وآخرون.، 1991 DeGrendeleوآخرون.، 1996 ، 1997) ، جميع العمليات التي من المعروف أن CD44 يلعب دورًا فيها.

من المعروف أن CD44 يحتوي على العديد من الأشكال الإسوية بسبب التضفير البديل (Haynes وآخرون.، 1991) ، على الرغم من أنه لا يمكن لجميع متغيرات CD44 ربط HA و / أو التوسط في توجيه الخلايا الليمفاوية (Berg وآخرون.، 1989 ستامينكوفيتش وآخرون.، 1991). على الرغم من أنه لم يتم تحليل المستنسخات الجينية للليلين بعد ، سيكون من المهم دراسة ما إذا كانت توجد أيضًا أشكال مختلفة من الليلين الإسوي. بناءً على تحليل اللطخة الشمالية للحمض النووي الريبي لخلايا CHO (Borowsky and Hynes ، 1998) ، لا يوجد حتى الآن أي دليل على أشكال متعددة من الليلين ، على الرغم من أنه يجب تذكر أنه قد تكون هناك اختلافات خاصة بالأنواع.

ارتباط Layilin بـ HA ليس قوياً بشكل ملحوظ ، فإن تقارب Layilin لـ HA يكون في حدود 10 7 M. بناءً على أوجه التشابه في منحنيات الربط (الشكل 4) يبدو تقارب Layilin لـ HA مشابهًا لذلك الخاص بـ CD44. بالمقارنة مع آليات التصاق الخلايا الأخرى مثل تلك التي تنطوي على الكاديرين أو الإنتغرينات ، فإن ألفة الليلين المكتشفة لـ HA ضعيفة إلى حد ما. ومع ذلك ، هناك حالات قد يكون فيها مثل هذا الربط الضعيف ميزة. على سبيل المثال ، في التفاعلات العابرة ، يمكن أن يكون الارتباط القوي عيبًا ، ومن المغري التكهن بأن وظيفة Layilin هي التوسط في تفاعلات مصفوفة خلوية مبكرة متبوعة بربط أكثر استقرارًا بوساطة ، على سبيل المثال ، من خلال الانتغرينات.

قد يتأثر ارتباط Layilin بـ HA بعدة عوامل بما في ذلك تفاعلات Layilin مع الهيكل الخلوي. قد يتحكم الهيكل الخلوي بشكل غير مباشر في ارتباط لايلين بـ HA ، على سبيل المثال عن طريق التحكم في توزيع وتكتل اللايلين على سطح الخلية. قد يؤدي هذا إلى تفاعلات تقارب متعددة وأعلى محتملة بين Layilin و HA ، مما قد يزيد من شغف الربط على التفاعل الأحادي التكافؤ. تم الإبلاغ عن مثل هذه التفاعلات متعددة التكافؤ ، التي ترتبط فيها عدة جزيئات من CD44 بجزيء HA نفسه (Underhill and Toole ، 1980 Underhill ، 1992) ، كما تم اقتراح أهمية اتصال الهيكل الخلوي المناسب لربط CD44 بـ HA من خلال التجارب في أي الخلايا المنقولة باستخدام CD44 مع مجال حشوي مبتور تربط HA القابل للذوبان بشكل أقل جودة من الخلايا المنقولة باستخدام CD44 السليم (Lesley وآخرون.، 1992). وبالتالي ، سيكون من المهم دراسة ما إذا كان الهيكل الخلوي يمكنه تنظيم توزيع الليلين على سطح الخلية وبهذه الطريقة ينظم ارتباط الليلين بـ HA.

في الختام ، حددنا الليلين كمستقبل جديد لـ HA. يرتبط Layilin على وجه التحديد بـ HA ولكن ليس بهيبارين أو كبريتات شوندروتن تحت شروط الربط المستخدمة في هذه الدراسة. يقترح ارتباط Layilin بمكون ECM هذا دورًا لـ Layilin في العمليات التي يُعرف أن HA متورط فيها ، بما في ذلك التصاق الخلية والحركة. يحدد تحديد HA باعتباره رابطًا لـ Layilin هذا الشريك المرتبط بالتالين كعضو جديد في عائلة متنوعة من البروتينات المرتبطة بـ HA ويجب أن يسهل محاولات العثور على الدور البيولوجي الحقيقي للليلين.


شاهد الفيديو: تسمية المعقدات الجزء الاول - الكيمياء اتناسقية - لمرحلة الثالث كيمياء (قد 2022).