మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్

From LTRC
థైలాకోయిడ్ త్వచంలోని కిరణజన్య సంయోగక్రియకు చెందిన మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ కాంప్లెక్స్‌లు

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు (Membrane proteins) అనేవి జీవ త్వచాలలో (biological membranes) భాగంగా ఉండే లేదా వాటితో పరస్పర చర్య జరిపే సాధారణ ప్రోటీన్లు. మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు వాటి స్థానాన్ని బట్టి అనేక విస్తృత వర్గాలుగా విభజించబడ్డాయి. ఇంటిగ్రల్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు కణ త్వచంలో (cell membrane) శాశ్వత భాగంగా ఉంటాయి మరియు ఇవి త్వచాన్ని చొచ్చుకుపోవచ్చు (ట్రాన్స్‌మెమ్బ్రేన్) లేదా త్వచం యొక్క ఏదో ఒక వైపున కలిసి ఉండవచ్చు (ఇంటిగ్రల్ మోనోటోపిక్). పెరిఫెరల్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు కణ త్వచంతో తాత్కాలికంగా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు సర్వసాధారణమైనవి మరియు వైద్యపరంగా ముఖ్యమైనవి—మానవ ప్రోటీన్లలో మూడవ వంతు మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లే, మరియు సగం కంటే ఎక్కువ ఔషధాలకు ఇవే లక్ష్యాలుగా ఉన్నాయి.[1] అయినప్పటికీ, ఇతర ప్రోటీన్ తరగతులతో పోలిస్తే, మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ నిర్మాణాలు (protein structures) నిర్ణయించడం ఒక సవాలుగా మిగిలిపోయింది. దీనికి ప్రధాన కారణం, ప్రోటీన్ యొక్క సహజ వాతావరణం నుండి వేరు చేసినప్పుడు దాని సరైన (నేటివ్) నిర్మాణాన్ని కాపాడగల ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులను ఏర్పాటు చేయడంలో ఉన్న కష్టమే.

త్వచంలో ప్రోటీన్ల పొందుపరచడం

ట్రాన్స్‌మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు RNA నుండి అనువదించబడినప్పుడు, వాటి పోస్ట్-ట్రాన్స్‌లేషనల్ మార్పులు జరగడానికి ముందు వాటికి స్టార్ట్-ట్రాన్స్‌ఫర్-సీక్వెన్స్‌లు మరియు స్టాప్-ట్రాన్స్‌ఫర్-సీక్వెన్స్‌లు ఉంటాయి. స్టార్ట్-ట్రాన్స్‌ఫర్-సీక్వెన్స్ ఒక సిగ్నల్ రికగ్నిషన్ పార్టికల్ (SRP)ని నియమించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది లిపిడ్ బైలేయర్ ఉపరితలంపై ఉన్న SRP-రిసెప్టర్‌కు బంధించే వరకు అనువాదాన్ని ఆపివేస్తుంది. ట్రాన్స్‌లోకాన్‌లు త్వచంలోని ఛానెల్‌లు, ఇవి ప్రోటీన్లు త్వచం గుండా కదలడానికి అనుమతిస్తాయి మరియు రైబోజోమ్ నేరుగా దాని ద్వారా పాలిపెప్టైడ్‌ను సంశ్లేషణ చేస్తుంది. స్టార్ట్-ట్రాన్స్‌ఫర్-సీక్వెన్స్ ట్రాన్స్‌లోకాన్‌కు జోడించబడుతుంది మరియు స్టాప్-ట్రాన్స్‌ఫర్-సీక్వెన్స్‌తో పాటు పోస్ట్-ట్రాన్స్‌లేషనల్‌గా విడగొట్టబడుతుంది. ప్రోటీన్లను పొందుపరచడానికి అనేక ఇతర సంక్లిష్ట మార్గాలు ఉన్నాయి, ఇవి వరుసగా యూకారియోట్లు మరియు ప్రోకారియోట్లకు ప్రత్యేకమైనవి.

విధి

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు జీవుల మనుగడకు కీలకమైన వివిధ విధులను నిర్వహిస్తాయి:[2]

ప్రోటీన్ సీక్వెన్స్‌ల యొక్క హైడ్రోఫోబిసిటీ విశ్లేషణల ద్వారా, అంటే హైడ్రోఫోబిక్ అమైనో ఆమ్ల సీక్వెన్స్‌ల స్థానాన్ని బట్టి త్వచాలలో ప్రోటీన్ల స్థానాన్ని విశ్వసనీయంగా అంచనా వేయవచ్చు.

ఇంటిగ్రల్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు

ట్రాన్స్‌మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ల స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం: 1. ఒకే ట్రాన్స్‌మెమ్బ్రేన్ α-హెలిక్స్ (బిటోపిక్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్) 2. పాలిటోపిక్ ట్రాన్స్‌మెమ్బ్రేన్ α-హెలికల్ ప్రోటీన్ 3. పాలిటోపిక్ ట్రాన్స్‌మెమ్బ్రేన్ β-షీట్ ప్రోటీన్
త్వచం లేత-గోధుమ రంగులో చూపబడింది.

ప్రధాన వ్యాసం: Integral membrane protein, Transmembrane protein ఇంటిగ్రల్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు త్వచానికి శాశ్వతంగా అతుక్కుని ఉంటాయి. ఇటువంటి ప్రోటీన్లను డిటర్జెంట్లు, నాన్-పోలార్ సాల్వెంట్లు లేదా కొన్నిసార్లు డీనేచరింగ్ ఏజెంట్లను ఉపయోగించి మాత్రమే జీవ త్వచాల నుండి వేరు చేయవచ్చు. వీటిని బైలేయర్తో వాటి సంబంధాన్ని బట్టి వర్గీకరించవచ్చు:

పెరిఫెరల్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు

మోనోటోపిక్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు మరియు కణ త్వచం మధ్య వివిధ రకాల పరస్పర చర్యల స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం: 1. త్వచ తలానికి సమాంతరంగా ఉండే యాంఫిపాథిక్ α-హెలిక్స్ ద్వారా పరస్పర చర్య (ఇన్-ప్లేన్ మెమ్బ్రేన్ హెలిక్స్) 2. హైడ్రోఫోబిక్ లూప్ ద్వారా పరస్పర చర్య 3. కోవాలెంట్లీ బౌండ్ మెమ్బ్రేన్ లిపిడ్ (లిపిడేషన్) ద్వారా పరస్పర చర్య 4. మెమ్బ్రేన్ లిపిడ్లతో ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ లేదా అయానిక్ పరస్పర చర్యలు (ఉదాహరణకు, కాల్షియం అయాన్ ద్వారా)

ప్రధాన వ్యాసం: Peripheral membrane protein పెరిఫెరల్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు హైడ్రోఫోబిక్, ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ మరియు ఇతర నాన్-కోవాలెంట్ పరస్పర చర్యల కలయిక ద్వారా లిపిడ్ బైలేయర్కు లేదా ఇంటిగ్రల్ ప్రోటీన్లకు తాత్కాలికంగా అతుక్కుని ఉంటాయి. పెరిఫెరల్ ప్రోటీన్లు పెరిగిన pH లేదా అధిక ఉప్పు సాంద్రతలు కలిగిన ద్రావణం వంటి పోలార్ రియాజెంట్‌తో చికిత్స చేసినప్పుడు విడిపోతాయి.

ఇంటిగ్రల్ మరియు పెరిఫెరల్ ప్రోటీన్లు పోస్ట్-ట్రాన్స్‌లేషనల్‌గా మార్పు చెందవచ్చు, వీటికి ఫ్యాటీ యాసిడ్, డయాసిల్ గ్లిజరాల్[8] లేదా ప్రెనైల్ గొలుసులు, లేదా GPI (గ్లైకోసిల్ ఫాస్ఫాటిడైల్ ఐనోసిటాల్) జోడించబడవచ్చు, ఇవి లిపిడ్ బైలేయర్‌లో లంగరు వేయబడవచ్చు.

పాలిపెప్టైడ్ టాక్సిన్లు

ప్రధాన వ్యాసం: Pore-forming toxin పాలిపెప్టైడ్ టాక్సిన్లు మరియు అనేక యాంటీ బాక్టీరియల్ పెప్టైడ్లు, ఉదాహరణకు కోలిసిన్లు లేదా హెమోలిసిన్లు, మరియు అపోప్టోసిస్లో పాల్గొనే కొన్ని ప్రోటీన్లు, కొన్నిసార్లు ప్రత్యేక వర్గంగా పరిగణించబడతాయి. ఈ ప్రోటీన్లు నీటిలో కరిగేవి (water-soluble), కానీ ఇవి గణనీయమైన కన్ఫర్మేషనల్ మార్పులు చెందగలవు, ఒలిగోమెరిక్ కాంప్లెక్స్‌లను ఏర్పరచగలవు మరియు లిపిడ్ బైలేయర్తో శాశ్వతంగా లేదా తాత్కాలికంగా కలిసిపోగలవు.

జన్యువులలో

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు, కరిగే గ్లోబ్యులర్ ప్రోటీన్లు, ఫైబరస్ ప్రోటీన్లు, మరియు డిజార్డర్డ్ ప్రోటీన్ల వలె సర్వసాధారణం.[9] చాలా జన్యువులలో 20–30% జన్యువులు మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ల కోసం కోడ్ చేస్తాయని అంచనా.[10][11] ఉదాహరణకు, E. coli యొక్క సుమారు 4200 ప్రోటీన్లలో 1000 ప్రోటీన్లు మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లని భావిస్తారు, వీటిలో 600 ప్రోటీన్లు మెమ్బ్రేన్ నివాసితులని ప్రయోగాత్మకంగా ధృవీకరించబడ్డాయి.[12] మానవులలో, ప్రస్తుత ఆలోచన ప్రకారం జన్యువులో 30% మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ల కోసం కోడ్ చేస్తుంది.[13]

వ్యాధిలో

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు ఆధునిక ఔషధాలలో 50% కంటే ఎక్కువ వాటికి లక్ష్యాలుగా ఉన్నాయి.[1] మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు ప్రమేయం ఉన్న మానవ వ్యాధులలో గుండె జబ్బులు, అల్జీమర్స్ మరియు సిస్టిక్ ఫైబ్రోసిస్ ఉన్నాయి.[13]

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ల శుద్దీకరణ

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు అన్ని జీవులలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తున్నప్పటికీ, వాటి శుద్దీకరణ చారిత్రాత్మకంగా మరియు ఇప్పటికీ ప్రోటీన్ శాస్త్రవేత్తలకు ఒక పెద్ద సవాలుగా ఉంది. 2008లో, 150 ప్రత్యేకమైన మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ నిర్మాణాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి,[14] మరియు 2019 నాటికి కేవలం 50 మానవ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ల నిర్మాణాలు మాత్రమే వెల్లడయ్యాయి.[13] దీనికి విరుద్ధంగా, అన్ని ప్రోటీన్లలో సుమారు 25% మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లు ఉంటాయి.[15] వాటి హైడ్రోఫోబిక్ ఉపరితలాలు నిర్మాణాత్మక మరియు ముఖ్యంగా క్రియాత్మక వర్ణనను కష్టతరం చేస్తాయి.[13][16] డిటర్జెంట్లు మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్లను నీటిలో కరిగేవిగా మార్చడానికి ఉపయోగించవచ్చు, కానీ ఇవి ప్రోటీన్ నిర్మాణం మరియు పనితీరును కూడా మార్చగలవు. మెమ్బ్రేన్[13] ప్రోటీన్లను నీటిలో కరిగేలా చేయడం ప్రోటీన్ సీక్వెన్స్‌ను ఇంజనీరింగ్ చేయడం ద్వారా కూడా సాధించవచ్చు, ఎంచుకున్న హైడ్రోఫోబిక్ అమైనో ఆమ్లాలను హైడ్రోఫిలిక్ వాటితో భర్తీ చేయడం ద్వారా, మొత్తం ఛార్జీని సవరిస్తూ సెకండరీ నిర్మాణాన్ని నిర్వహించడానికి చాలా జాగ్రత్త వహించాలి.[13]

అఫినిటీ క్రోమాటోగ్రఫీ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ల శుద్దీకరణకు ఉత్తమ పరిష్కారాలలో ఒకటి. పాలిహిస్టిడిన్-ట్యాగ్ మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ శుద్దీకరణ కోసం సాధారణంగా ఉపయోగించే ట్యాగ్,[17] మరియు ప్రత్యామ్నాయ rho1D4 ట్యాగ్ కూడా విజయవంతంగా ఉపయోగించబడింది.[18][19]

ఇవి కూడా చూడండి

సూచనలు

  1. ↑ 1.0 1.1 Overington JP, Al-Lazikani B, Hopkins AL (December 2006). “How many drug targets are there?” (Opinion). Nature Reviews. Drug Discovery. 5 (12): 993–6. doi:10.1038/nrd2199. PMID 17139284. S2CID 11979420.
  2. ↑ Almén MS, Nordström KJ, Fredriksson R, Schiöth HB (August 2009). “Mapping the human membrane proteome: a majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin”. BMC Biology. 7: 50. doi:10.1186/1741-7007-7-50. PMC PMC2739160. PMID 19678920.
  3. ↑ Lin Y, Fuerst O, Granell M, Leblanc G, Lórenz-Fonfría V, Padrós E (August 2013). “The substitution of Arg149 with Cys fixes the melibiose transporter in an inward-open conformation”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. via Elsevier Science Direct. 1828 (8): 1690–9. doi:10.1016/j.bbamem.2013.03.003. PMID 23500619.
  4. ↑ von Heijne G (December 2006). “Membrane-protein topology”. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 7 (12): 909–18. doi:10.1038/nrm2063. PMID 17139331. S2CID 22218266.
  5. ↑ Gerald Karp (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons – via Google Books. pp. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Retrieved 13 November 2010.
  6. ↑ Selkrig J, Leyton DL, Webb CT, Lithgow T (August 2014). “Assembly of β-barrel proteins into bacterial outer membranes”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. via Elsevier Science Direct. 1843 (8): 1542–50. doi:10.1016/j.bbamcr.2013.10.009. PMID 24135059.
  7. ↑ Baker JA, Wong WC, Eisenhaber B, Warwicker J, Eisenhaber F (July 2017). “Charged residues next to transmembrane regions revisited: "Positive-inside rule" is complemented by the "negative inside depletion/outside enrichment rule"”. BMC Biology. 15 (1): 66. doi:10.1186/s12915-017-0404-4. PMC PMC5525207. PMID 28738801.
  8. ↑ Sun C, Benlekbir S, Venkatakrishnan P, Wang Y, Hong S, Hosler J, Tajkhorshid E, Rubinstein JL, Gennis RB (May 2018). “Structure of the alternative complex III in a supercomplex with cytochrome oxidase”. Nature. 557 (7703): 123–126. Bibcode 2018Natur.557..123S. doi:10.1038/s41586-018-0061-y. PMC PMC6004266. PMID 29695868.
  9. ↑ Andreeva A, Howorth D, Chothia C, Kulesha E, Murzin AG (January 2014). “SCOP2 prototype: a new approach to protein structure mining”. Nucleic Acids Research. 42 (Database issue): D310-4. doi:10.1093/nar/gkt1242. PMC PMC3964979. PMID 24293656.
  10. ↑ Liszewski, Kathy (1 October 2015). “Dissecting the Structure of Membrane Proteins” (paper). Genetic Engineering & Biotechnology News. 35 (17): 1, 14, 16–17. doi:10.1089/gen.35.17.02.
  11. ↑ Krogh A, Larsson B, von Heijne G, Sonnhammer EL (January 2001). “Predicting transmembrane protein topology with a hidden Markov model: application to complete genomes”. Journal of Molecular Biology. via Semantic Scholar. 305 (3): 567–80. doi:10.1006/jmbi.2000.4315. PMID 11152613. S2CID 15769874. Archived from the original on 2020-08-04.
  12. ↑ Daley DO, Rapp M, Granseth E, Melén K, Drew D, von Heijne G (May 2005). “Global topology analysis of the Escherichia coli inner membrane proteome” (Report). Science. 308 (5726): 1321–3. Bibcode 2005Sci...308.1321D. doi:10.1126/science.1109730. PMID 15919996. S2CID 6942424.
  13. ↑ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 Martin, Joseph; Sawyer, Abigail (2019). “Elucidating the Structure of Membrane Proteins” (Print issue). BioTechniques. Tech News. Future Science. 66 (4): 167–170. doi:10.2144/btn-2019-0030. PMID 30987442.
  14. ↑ Carpenter EP, Beis K, Cameron AD, Iwata S (October 2008). “Overcoming the challenges of membrane protein crystallography”. Current Opinion in Structural Biology. 18 (5): 581–6. doi:10.1016/j.sbi.2008.07.001. PMC PMC2580798. PMID 18674618.
  15. ↑ Krogh A, Larsson B, von Heijne G, Sonnhammer EL (January 2001). “Predicting transmembrane protein topology with a hidden Markov model: application to complete genomes”. Journal of Molecular Biology. via Semantic Scholar. 305 (3): 567–80. doi:10.1006/jmbi.2000.4315. PMID 11152613. S2CID 15769874. Archived from the original on 2020-08-04.
  16. ↑ Rawlings AE (June 2016). “Membrane proteins: always an insoluble problem?”. Biochemical Society Transactions. 44 (3): 790–5. doi:10.1042/BST20160025. PMC PMC4900757. PMID 27284043.
  17. ↑ Hochuli E, Bannwarth W, Döbeli H, Gentz R, Stüber D (November 1988). “Genetic Approach to Facilitate Purification of Recombinant Proteins with a Novel Metal Chelate Adsorbent”. Nature Biotechnology. 6 (11): 1321–1325. doi:10.1038/nbt1188-1321. S2CID 9518666.
  18. ↑ Locatelli-Hoops SC, Gorshkova I, Gawrisch K, Yeliseev AA (October 2013). “Expression, surface immobilization, and characterization of functional recombinant cannabinoid receptor CB2”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. 1834 (10): 2045–56. doi:10.1016/j.bbapap.2013.06.003. PMC PMC3779079. PMID 23777860.
  19. ↑ Cook BL, Steuerwald D, Kaiser L, Graveland-Bikker J, Vanberghem M, Berke AP, Herlihy K, Pick H, Vogel H, Zhang S (July 2009). “Large-scale production and study of a synthetic G protein-coupled receptor: human olfactory receptor 17-4”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (29): 11925–30. Bibcode 2009PNAS..10611925C. doi:10.1073/pnas.0811089106. PMC PMC2715541. PMID 19581598.

మరింత పఠనం

బాహ్య లింకులు

విక్షనరీ: membrane protein వికీమీడియా కామన్స్: Membrane proteins

సంస్థలు

మెమ్బ్రేన్ ప్రోటీన్ డేటాబేస్‌లు

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Membrane protein” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Membrane_protein ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=మెమ్బ్రేన్_ప్రోటీన్&oldid=6119"