Un dominio transmembrana (TMD) es un dominio proteico que atraviesa la membrana . Los TMD pueden consistir en una o varias hélices alfa o un barril beta transmembrana . Debido a que el interior de la bicapa lipídica es hidrófobo , los residuos de aminoácidos en los TMD suelen ser hidrófobos, aunque proteínas como las bombas de membrana y los canales iónicos pueden contener residuos polares. Los TMD varían mucho en tamaño e hidrofobicidad ; pueden adoptar propiedades específicas de orgánulos. [1]
Se sabe que los dominios transmembrana realizan una variedad de funciones. Éstas incluyen:
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Las hélices transmembrana son visibles en estructuras de proteínas de membrana determinadas por difracción de rayos X. También pueden predecirse basándose en escalas de hidrofobicidad . Debido a que el interior de la bicapa y el interior de la mayoría de las proteínas de estructura conocida son hidrófobos , se supone que un requisito de los aminoácidos que atraviesan una membrana es que también sean hidrófobos. Sin embargo, las bombas de membrana y los canales iónicos también contienen numerosos residuos polares y cargados dentro de los segmentos transmembrana generalmente no polares.
El uso del "análisis de hidrofobicidad" para predecir hélices transmembrana permite una predicción, a su vez, de la "topología transmembrana" de una proteína; es decir, predicción de qué partes sobresalen dentro de la célula, qué partes sobresalen y cuántas veces la cadena proteica cruza la membrana.
Las hélices transmembrana también se pueden identificar in silico utilizando la herramienta bioinformática TMHMM. [4]
Dado que la traducción de proteínas ocurre en el citosol (un ambiente acuoso ), se requieren factores que reconozcan los TMD y los protejan en este ambiente hostil. También se requieren factores adicionales que permitan que el TMD se incorpore a la membrana diana (es decir, retículo endoplásmico u otros orgánulos). [5] Los factores también detectan el plegamiento incorrecto de TMD dentro de la membrana y realizan funciones de control de calidad. Estos factores deben poder reconocer un conjunto muy variable de TMD y pueden segregarse en aquellos activos en el citosol o activos en la membrana. [5]
Se cree que los factores de reconocimiento citosólicos utilizan dos estrategias distintas. [5] En la estrategia cotraduccional, el reconocimiento y el blindaje se acoplan a la síntesis de proteínas. Los estudios de asociación de todo el genoma indican que la mayoría de las proteínas de membrana que se dirigen al retículo endoplásmico son manejadas por la partícula de reconocimiento de señales que está unida al túnel de salida ribosomal e inicia el reconocimiento y la protección a medida que se traduce la proteína. La segunda estrategia involucra proteínas ancladas a la cola, definidas por un único TMD ubicado cerca del extremo carboxilo terminal de la proteína de membrana. Una vez que se completa la traducción, el TMD anclado a la cola permanece en el túnel de salida ribosomal y una ATPasa media la dirección al retículo endoplásmico. Ejemplos de factores de transporte incluyen TRC40 en eucariotas superiores y Get3 en levaduras. Además, los factores generales de unión a TMD protegen contra la agregación y otras interacciones disruptivas. SGTA y calmodulina son dos factores generales de unión a TMD bien conocidos. El control de calidad de las proteínas de membrana implica factores de unión a TMD que están vinculados al sistema de proteasoma de ubiquitinación .
Una vez transportados, los factores ayudan con la inserción del TMD a través del grupo "cabeza" de fosfato de la capa hidrofílica de la membrana de fosfolípidos . [5] Los factores de control de calidad deben poder discernir la función y la topología, así como facilitar la extracción al citosol. La partícula de reconocimiento de señales transporta proteínas de membrana al canal de translocación Sec , posicionando el túnel de salida del ribosoma proximal al poro central del translocón y minimizando la exposición del TMD al citosol. Las insertasas también pueden mediar la inserción de TMD en la bicapa lipídica . Las insertasas incluyen la bacteria YidC, la mitocondrial Oxa1 y el cloroplasto Alb3, todas las cuales están relacionadas evolutivamente . Las familias de enzimas conservadas Hrd1 y Derlin son ejemplos de factores de control de calidad unidos a membrana.