膜蛋白

  • 生物膜由连续的两层脂质分子组成,其中脂质分子是膜蛋白质是嵌入式。
  • 虽然脂质双分子层提供了生物膜的基本结构,但膜蛋白执行了膜的大部分特定任务,因此赋予了每种类型的细胞膜特有的功能特性。
  • 膜中蛋白质的数量和类型是高度可变的。
  • 髓鞘膜主要充当神经细胞轴突的电绝缘,其中不到25%的膜质量是蛋白质。相比之下,在参与ATP产生的细胞膜(如线粒体和叶绿体的内膜)中,大约75%是蛋白质。
  • 典型的质膜介于两者之间,蛋白质约占质膜质量的一半。
  • 然而,由于脂质分子比蛋白质分子小,所以细胞膜上的脂质分子总是比蛋白质分子多——大约50个脂质分子对应着细胞膜上蛋白质分子的一半。
  • 膜蛋白在结构和与脂质双分子层结合的方式上有很大的差异,这反映了膜蛋白不同的功能。
  • 与脂质一样,膜蛋白是两亲性的,具有疏水和亲水区域。

膜蛋白

图像来源:生物忍者

膜蛋白的定位

  • 许多膜蛋白延伸到脂质双分子层。
  • 在一些跨膜蛋白质中,多肽链以单α螺旋(单通道蛋白质)的形式穿过双层。
  • 在其他情况下,包括那些负责离子和其他水溶性小分子的跨膜运输,多肽链多次穿过双分子层——要么是一系列的α螺旋,要么是封闭桶状的β片(多通道蛋白质)。
  • 其他膜相关蛋白不跨越双层,而是附着在膜的两侧。
  • 其中许多是通过与跨膜蛋白的非共价相互作用结合的,但其他是通过共价结合的脂质组。
  • 与双层中的脂质分子一样,许多膜蛋白能够在膜平面上快速扩散。
  • 然而,细胞有固定特定膜蛋白和将膜蛋白和脂质分子限制在连续脂质双分子层的特定区域的方法。

膜蛋白的类型

  1. 整合膜蛋白:
  • 完整蛋白质永久锚定并嵌入脂质双层中。
  • 如果不使用破坏脂质双分子层的强力清洁剂,它们很难从细胞膜上去除。
  • 完整的蛋白质在双层内自由漂浮,很像海洋中的海洋。
  • 此外,整合蛋白通常是跨膜蛋白,延伸穿过脂质双分子层,一端与细胞内部接触,另一端与细胞外部接触。
  • 在双分子层疏水内部的整体蛋白质的拉伸也是疏水的,由非极性氨基酸组成。像脂质双分子层一样,整体蛋白暴露的末端也是亲水的。

根据它们与双层的关系可将其分类:

  • 整合多面体蛋白是跨膜蛋白,跨越膜不止一次。这些蛋白质可能具有不同的跨膜拓扑结构。这些蛋白质有两种结构结构之一:
  • 螺旋束蛋白,存在于所有类型的生物膜中;
  • β桶蛋白只在革兰氏阴性细菌的外膜、线粒体和叶绿体的外膜中发现。
  • Bitopic蛋白质是跨膜蛋白,只跨膜一次。这些蛋白质的跨膜螺旋与多面体蛋白质的跨膜螺旋具有显著不同的氨基酸分布。
  • 整合单胞蛋白它们是完整的膜蛋白,只附着在膜的一侧,而不横跨整个膜。
  1. 外周膜蛋白:
  • 它们只是暂时地附着在脂质双分子层或其它完整的蛋白质上。
  • 它们很容易从脂质双分子层分离出来,可以在不伤害双分子层的情况下被移除。
  • 外周蛋白在脂质双层内的流动性较差。
  • 它们通过疏水、静电和其他非共价相互作用的组合附着。

脂质结合蛋白

  • 脂质结合蛋白完全位于脂质双层的边界内。

膜蛋白的特点

  • 膜蛋白可以以各种方式与脂质双分子层结合
  • 许多膜蛋白是糖基化的
  • 膜蛋白可以在洗涤剂中溶解和纯化
  • 膜蛋白通常作为大的复合物发挥作用
  • 许多膜蛋白在膜面上扩散

膜蛋白的功能

膜蛋白对生物体的生存起着至关重要的作用:

  • 膜受体蛋白在细胞内外环境之间传递信号。
  • 转运蛋白使分子和离子通过膜。它们可以根据Transporter分类数据库进行分类。
  • 膜酶具有多种活性,如氧化还原酶、转移酶、水解酶等。
  • 细胞粘附分子允许细胞相互识别和相互作用。例如,参与免疫反应的蛋白质。

工具书类

  1. 艾伯茨,B.,约翰逊,A.,刘易斯,J.,拉夫,M.,罗伯茨,K.,和沃尔特,P.(2002)。细胞的分子生物学。纽约:加兰科学。
  2. https://www.studocu.com/en/document/simon-fraser-university/cellular-biology-and 生物化学/课堂讲稿/课堂讲稿-13-生物膜-蛋白质类/163761/view
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26878/
  4. http://www.d.umn.edu/~sdowning/Membranes/lecturenotes.html
  5. https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/section2/
  6. https://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-membranes-14052567

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