نطاق عبر الغشاء
النطاق العابر للغشاء ( TMD ، أو نطاق TM ) هو نطاق بروتيني يمتد عبر الغشاء . قد يتكون النطاق العابر للغشاء من حلزون ألفا واحد أو عدة حلزونات ، أو من برميل بيتا عابر للغشاء . ولأن الجزء الداخلي من الطبقة الدهنية الثنائية كاره للماء ، فإن بقايا الأحماض الأمينية في النطاقات العابرة للغشاء غالبًا ما تكون كارهة للماء، على الرغم من أن البروتينات مثل مضخات الغشاء وقنوات الأيونات قد تحتوي على بقايا قطبية. تختلف النطاقات العابرة للغشاء اختلافًا كبيرًا في الحجم وكراهية الماء ؛ وقد تكتسب خصائص خاصة بالعضيات. [ 1 ]
وظائف النطاقات عبر الغشائية
من المعروف أن النطاقات عبر الغشائية تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف، منها:
- تثبيت البروتينات عبر الغشائية على الغشاء.
مستقبل AMPA مثبت على الغشاء بواسطة نطاقه عبر الغشاء. - تسهيل النقل الجزيئي للجزيئات مثل الأيونات والبروتينات عبر الأغشية البيولوجية ؛ عادة ما تساعد البقايا المحبة للماء ومواقع الارتباط في نطاقات الغشاء في هذه العملية.
- نقل الإشارات عبر الغشاء؛ تستقبل العديد من البروتينات الغشائية، مثل مستقبلات البروتين G المقترنة ، إشارات من خارج الخلية. ثم تنقل نطاقات الغشاء هذه الإشارات عبر الغشاء لإحداث تأثير داخل الخلية.
- المساعدة في اندماج الحويصلات ؛ وظيفة نطاقات الغشاء العابرة غير مفهومة جيدًا، ولكن ثبت أنها بالغة الأهمية لتفاعل الاندماج، ربما نتيجة لتأثير نطاقات الغشاء العابرة على توتر الطبقة الدهنية الثنائية. [ 2 ]
- تتوسط نطاقات الغشاء العابرة (TMDs) نقل وفرز البروتينات عبر الغشائية؛ وقد ثبت أنها تعمل بالتزامن مع إشارات الفرز السيتوبلازمية، حيث يُعد الطول والخاصية الكارهة للماء العاملين الرئيسيين في فرز هذه النطاقات. تساعد نطاقات الغشاء العابرة الأطول والأكثر كراهية للماء في فرز البروتينات إلى غشاء الخلية، بينما تُستخدم النطاقات الأقصر والأقل كراهية للماء للاحتفاظ بالبروتينات في الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي . ولا تزال الآلية الدقيقة لهذه العملية غير معروفة. [ 3 ]
تحديد الحلزونات عبر الغشائية
تظهر الحلزونات العابرة للغشاء في بنى البروتينات الغشائية التي تُحدد بواسطة حيود الأشعة السينية . ويمكن أيضًا التنبؤ بها بناءً على مقاييس كراهية الماء . ولأن باطن الطبقة الثنائية ومعظم البروتينات ذات البنية المعروفة كارهة للماء ، يُفترض أن الأحماض الأمينية التي تعبر الغشاء يجب أن تكون كارهة للماء أيضًا. مع ذلك، تحتوي مضخات الغشاء وقنوات الأيونات أيضًا على العديد من البقايا المشحونة والقطبية ضمن الأجزاء العابرة للغشاء غير القطبية عمومًا.
إن استخدام "تحليل كراهية الماء" للتنبؤ بالحلزونات عبر الغشاء يتيح بدوره التنبؤ بـ "طوبولوجيا عبر الغشاء" للبروتين؛ أي التنبؤ بأي أجزاء منه تبرز داخل الخلية، وأي أجزاء تبرز للخارج، وعدد المرات التي تعبر فيها سلسلة البروتين الغشاء.
يمكن أيضًا تحديد الحلزونات عبر الغشاء في الحاسوب باستخدام أداة المعلوماتية الحيوية TMHMM . [ 4 ]
دور عوامل تكوين البروتينات الغشائية وعوامل مراقبة الجودة
بما أن ترجمة البروتين تحدث في السيتوسول ( بيئة مائية )، فإن هناك حاجة إلى عوامل تتعرف على نطاقات الغشاء العابرة (TMD) وتحميها في هذه البيئة القاسية. كما أن هناك حاجة إلى عوامل إضافية تسمح بدمج نطاقات الغشاء العابرة في الغشاء المستهدف (مثل الشبكة الإندوبلازمية أو عضيات أخرى). [ 5 ] وتكشف هذه العوامل أيضًا عن سوء طي نطاقات الغشاء العابرة داخل الغشاء وتؤدي وظائف مراقبة الجودة. يجب أن تكون هذه العوامل قادرة على التعرف على مجموعة شديدة التباين من نطاقات الغشاء العابرة، ويمكن تصنيفها إلى عوامل نشطة في السيتوسول وأخرى نشطة في الغشاء. [ 5 ]
عوامل التعرف السيتوبلازمية
يُعتقد أن عوامل التعرف السيتوبلازمية تستخدم استراتيجيتين متميزتين. [ 5 ] في الاستراتيجية المتزامنة مع الترجمة، يرتبط التعرف والحماية بتخليق البروتين. تشير دراسات الارتباط على مستوى الجينوم إلى أن غالبية البروتينات الغشائية التي تستهدف الشبكة الإندوبلازمية يتم التعامل معها بواسطة جسيم التعرف الإشاري المرتبط بنفق خروج الريبوسوم، والذي يبدأ عملية التعرف والحماية أثناء ترجمة البروتين. أما الاستراتيجية الثانية فتتضمن بروتينات ذات ذيل مُرتبط، مُحددة بنطاق غشائي واحد يقع بالقرب من النهاية الكربوكسيلية للبروتين الغشائي. بمجرد اكتمال الترجمة، يبقى النطاق الغشائي ذو الذيل المُرتبط في نفق خروج الريبوسوم، ويقوم إنزيم ATPase بالتوسط في استهداف الشبكة الإندوبلازمية. من أمثلة عوامل النقل TRC40 في حقيقيات النوى العليا وGet3 في الخميرة. علاوة على ذلك، تحمي عوامل الربط العامة بالنطاق الغشائي من التكتل والتفاعلات المُعطلة الأخرى. يُعد كل من SGTA والكالمودولين من عوامل الربط العامة المعروفة بالنطاق الغشائي. تتضمن مراقبة جودة البروتينات الغشائية عوامل ربط TMD المرتبطة بنظام البروتيازوم اليوبيكويتين .
عوامل التعرف على الغشاء
بمجرد نقلها، تُساعد عوامل مراقبة الجودة في إدخال نطاق الغشاء العابر (TMD) عبر مجموعة الفوسفات "الرأسية" المحبة للماء في غشاء الفوسفوليبيد . [ 5 ] يجب أن تكون عوامل مراقبة الجودة قادرة على تمييز الوظيفة والبنية، بالإضافة إلى تسهيل استخلاصها إلى السيتوسول. ينقل جسيم التعرف على الإشارة بروتينات الغشاء إلى قناة نقل Sec ، مما يضع نفق خروج الريبوسوم بالقرب من المسام المركزية للترانسلوكون ويقلل من تعرض نطاق الغشاء العابر للسيتوسول. يمكن للإنزيمات المُدخلة أيضًا أن تتوسط إدخال نطاق الغشاء العابر في الطبقة الدهنية الثنائية . تشمل هذه الإنزيمات YidC البكتيرية، وOxa1 الميتوكوندري، وAlb3 البلاستيدي، وجميعها ذات صلة تطورية . تُعد عائلتا إنزيمات Hrd1 و Derlin المحفوظتان مثالين على عوامل مراقبة الجودة المرتبطة بالغشاء.
أمثلة
- تحتوي بروتينات Tetraspanins على 4 نطاقات غشائية محفوظة.
- تحتوي بروتينات موقع العفن الفطري o ( mlo ) على 7 نطاقات غشائية محفوظة تشفر حلزونات ألفا. [ 6 ]
مراجع
- ↑ ألبرتس ب، جونسون أ، لويس ج، راف م، روبرتس ك، والتر ب (2002). "بروتينات الغشاء" . البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة الرابعة).
- ↑ لانغوش د، هوفمان م، أونجرمان س (أبريل 2007). " دور النطاقات عبر الغشائية في اندماج الأغشية" . علوم الحياة الخلوية والجزيئية . 64 ( 7-8 ): 850-864 . doi : 10.1007/s00018-007-6439-x . PMC 11136198. PMID 17429580. S2CID 23714815 .
- ↑ كوسون، ب.، بيرين، ج.، بونيفاسينو، ج. س. (أكتوبر 2013). "الروابط تنطلق: توطين البروتين ونقله بوساطة المجالات عبر الغشائية" . اتجاهات في بيولوجيا الخلية . 23 (10): 511-517 . doi : 10.1016/j.tcb.2013.05.005 . PMC 3783643. PMID 23806646 .
- ↑ كروغ أ، لارسون ب، فون هاين ج، سونهمر إي إل (يناير 2001). "التنبؤ بطوبولوجيا البروتينات الغشائية باستخدام نموذج ماركوف المخفي: تطبيق على الجينومات الكاملة". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 305 (3): 567-580 . doi : 10.1006/jmbi.2000.4315 . PMID 11152613 .
- 1 2 3 4 غونا أ، هيغدي ر.س. (أبريل 2018). "التعرف على نطاق الغشاء أثناء تكوين بروتينات الغشاء ومراقبة الجودة" . علم الأحياء الحالي . 28 (8): R498– R511 . doi : 10.1016/j.cub.2018.02.004 . PMID 29689233. S2CID 13839449 .
- ↑ ديفوتو أ، هارتمان هـ أ، بيفانيلي ب، إليوت س، سيمونز س، تارامينو ج، وآخرون (يناير 2003). "التطور الجزيئي وتطور عائلة MLO ذات السبعة نطاقات غشائية الخاصة بالنباتات". مجلة التطور الجزيئي . 56 (1): 77-88 . Bibcode : 2003JMolE..56...77D . doi : 10.1007/s00239-002-2382-5 . PMID 12569425. S2CID 25514671 .
- البروتينات عبر الغشائية
- الأنماط البنيوية للبروتين