Białko błonowe - Polski Serwis Naukowy

Białka błonowe to białka związane ze strukturą błony biologicznej. W tych błonach białka pełnią rozliczne funkcje niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania komórki. Występują m.in. w roli:

receptorów - spełniają rolę w kontaktowaniu się komórki ze światem zewnętrznym, endocytozach i wielu innych;

enzymów - jak kompleksy białkowe syntetyzujące celulozę w komórkach roślinnych

białka wiążące komórkę z innymi komórkami bądź elementami macierzy zewnątrzkomórkowej

białka uczestniczące w transporcie - kanały, przenośniki (transport aktywny), pompy (np. pompa sodowo-potasowa).

Podział białek błonowych

Schemat organizacji białek błonowych.
1. Białko transmembranowe
2. Białko monowarstwy zewnętrznej
3. Białko monowarstwy wewnętrznej
4. Białko wewnętrzne błony
Niebieskie – białka peryferyjne

Białka integralne

Białek tych nie można łatwo oddzielić od błony (na przykład za pomocą roztworów soli) ze względu na wiązania hydrofobowe z elementami dwuwarstwy lipidowej. Ta klasa białek jest zakotwiczona w błonie motywem białkowym. Do ekstrahowania ich należy używać detergentów. Integralne białka błonowe dzieli się na:

Glikozylofosfatydyloinozytol lub glikofosfatydyloinozytol (GPI) - glikolipid służący w komórce do potranslacyjnej modyfikacji białek. GPI doczepiany jest do C-końca białek. Białka takie określa się mianem GPI-zaktowiczonych (ang. GPI-anchored).

Sole - związki chemiczne powstałe w wyniku całkowitego lub częściowego zastąpienia w kwasach atomów wodoru innymi atomami, bądź grupami o właściwościach elektrofilowych, np. kationy metali, jony amonowe i inne postaci XR4+ (gdzie X = {N, P, As, ...}, R - dowolna grupa organiczna) itp. Sole znalazły liczne zastosowania jako nawozy sztuczne, w budownictwie, komunikacji, przemyśle spożywczym i wielu innych. Sole występują w przyrodzie, jako minerały lub w organizmach żywych w roztworach płynów ustrojowych.

białka transbłonowe (transmembranowe), które przebijają całą grubość dwuwarstwy. Białka transbłonowe z kolei, można podzielić na białka jednokrotnie (białka monotopowe) lub wielokrotnie (białka politopowe) perforujące błonę;

białka nie przebijające błony, które dzielą się na białka listka (monowarstwy) wewnętrznego i zewnętrznego. Swoistą podgrupą białek nie przebijających błony są białka wewnętrzne błony, ulokowane pomiędzy dwoma jej monowarstwami, w jej części hydrofobowej.

Na szczególną uwagę zasługują sposoby kotwiczenia białek integralnych w dwuwarstwie. Silnie hydrofobowy charakter części lipidowej błony wymusza specyficzną strukturę białek - strukturę α helisy bądź β beczułki. Struktury te wymuszają skierowanie polarnych łańcuchów bocznych aminokwasów danego białka do wnętrza struktury, co najczęściej daje efekt polarnego kanału pozwalającego na przepływ odpowiednich polarnych cząsteczek.

Endocytoza – jeden ze sposobów transportowania większych cząsteczek (np. cholesterolu) do wnętrza komórki. Cząsteczki te są zbyt duże, żeby mogły być transportowane za pomocą przenośników białkowych. Dlatego przenikają do komórki w wyniku tworzenia się wakuol. Przedostają się do komórki wraz z fragmentami błony komórkowej. Przez endocytozę odbywa się transport cieczy i cząsteczek. Endocytoza dzieli się na pinocytozę, fagocytozę, potocytozę oraz transcytozę (transcytoza jest także zaliczana do egzocytoz).

Helisa alfa - struktura drugorzędowa białka (tak jak i harmonijka beta), stabilizowana przez wiązania wodorowe. Kształtem przypomina cylinder, tworzony przez ciasno, prawoskrętnie skręconą sprężynę. Ściany cylindra tworzy łańcuch polipeptydowy, a łańcuchy boczne (podstawniki) wystają na zewnątrz. Co cztery aminokwasy w łańcuchu polipeptydowym tworzone jest wiązanie wodorowe pomiędzy grupą karboksylową jednego aminokwasu, a grupą aminową drugiego. Skok helisy następuje co 0,54 nm.

Białka powierzchniowe (peryferyjne)

Białka te łatwo można oddzielić od błony za pomocą roztworów soli. Nie perforują one żadnej z monowarstw błony, a z błoną związane są za pomocą słabych oddziaływań molekularnych, głównie wiązań jonowych, wodorowych i Van der Waalsa. Oddziałują w ten sposób z samą błoną lub z białkami integralnymi. Te białka mają zwykle duże fragmenty polarne i łączą się z fosfolipidami błony wiązaniami jonowymi.

Enzymy – wielkocząsteczkowe, w większości białkowe katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji.

Fosfolipidy (inaczej fosfatydy lub fosfotłuszczowce) to lipidy, w których skład wchodzą: gliceryna, kwasy tłuszczowe, kwas fosforowy związany z zasadą azotową, np. choliną.

Główne motywy kotwiczenia białek nie przebijających błony.

Białka zakotwiczone

Te białka utrzymywane w pobliżu błony za pomocą niebiałkowego (lipidowego) elementu strukturalnego zakotwiczonego w błonie. Zależnie od białka można je izolować z błony tylko za pomocą detergentów lub za pomocą roztworów soli. Białka zakotwiczone zostają wyposażone w motyw kotwiczący na drodze modyfikacji potranslacyjnej. Wyróżnia się następujące modyfikacje białek zakotwiczonych:

W biologii i chemii, dwuwarstwa lipidowa - to spontanicznie powstająca w roztworach wodnych niektórych lipidów (głównie fosfolipidów) błona zbudowana z dwóch warstw cząsteczek tych związków chemicznych. Dwuwarstwa lipidowa stanowi podstawową część każdej błony biologicznej. Bez jej istnienia nie mogłyby funkcjonować żadne komórki żywe.

Kanał błonowy białko transbłonowe, zwykle o strukturze α-helisy bądź β-beczułki, uczestniczące w dyfuzji wspomaganej. W swojej strukturze posiada jonoselektywny hydrofilowy por pozwalający na stosunkowo swobodny przepływ substancji (z szybkością ok. 1000 razy większą niż przez przenośnik).

mirystylacja przy N-końcu;

palmitylacja reszt cysteiny;

farnezylacja przy C-końcu;

geranylogeranylacja przy C-końcu;

glikozylofosfatydyloinozytol na C-końcu (motyw cukrowo-lipidowy);

stearylacja;

oleinacja;

arachidonacja.

W niektórych klasyfikacjach, białka zakotwiczone uznaje się za białka integralne błony.

Monowarstwa to inaczej warstwa monomolekularna (warstwa jednocząsteczkowa) lub warstwa monoatomowa, czyli warstwa o grubości odpowiadającej średnicy jednej cząsteczki (lub atomu). Jest to pojęcie pojawiające się m.in. w elektronice (produkcja elementów półprzewodnikowych) i w teorii zjawisk powierzchniowych (np. adsorpcji).

Błona biologiczna, biomembrana − . Są one podstawowymi strukturami budującymi . Zgodnie z modelem płynnej mozaiki, zaproponowanym w w 1972 roku przez Jonathana Singera i Gartha Nicolsona, każdą błonę w komórce tworzy płynna dwuwarstwa cząsteczek fosfolipidowych, w której zanurzone są białka.

Prawdopodobnie, aż 30% białek kodowanych w ludzkim genomie stanowią białka błonowe .

Linki zewnętrzne

Wyliczone pozycje przestrzenne białek błonowych (ang.)

Przypisy

Biochim. Biophys. Acta 1565 (2002) 143 (Editorial)
J.-L. Rigaud Membrane proteins functional and structrural studies using reconstituted proteoliposomes and 2-D crystals Brazilian J. of Med. and Biol. Resarch 35 (2002) 753-766
J.U. Bowie Stabilizing membrane proteins Curr. Opin. in Struct. Biol. 11 (2001) 397-402