Una proteína de membrana integral o intrínseca ( IMP ) [ 1] es un tipo de proteína de membrana que está unida permanentemente a la membrana biológica . Todas las proteínas transmembrana pueden clasificarse como IMP, pero no todas las IMP son proteínas transmembrana. [2] Los IMP comprenden una fracción significativa de las proteínas codificadas en el genoma de un organismo . [3] Las proteínas que atraviesan la membrana están rodeadas de lípidos anulares , que se definen como lípidos que están en contacto directo con una proteína de membrana. Estas proteínas sólo pueden separarse de las membranas mediante el uso de detergentes , disolventes no polares o, a veces, agentes desnaturalizantes .
Las proteínas que se adhieren sólo temporalmente a las membranas celulares se conocen como proteínas de membrana periférica . Estas proteínas pueden asociarse con proteínas integrales de membrana o insertarse de forma independiente en la bicapa lipídica de varias maneras.
Se han determinado estructuras tridimensionales de aproximadamente 160 proteínas integrales de membrana diferentes con resolución atómica mediante cristalografía de rayos X o espectroscopia de resonancia magnética nuclear . Son temas de estudio desafiantes debido a las dificultades asociadas con la extracción y cristalización . Además, las estructuras de muchos dominios proteicos solubles en agua de IMP están disponibles en el Protein Data Bank . Se han eliminado las hélices α de anclaje a la membrana para facilitar la extracción y cristalización . Buscar proteínas integrales de membrana en el PDB (basado en la clasificación de ontología genética )
Los IMP se pueden dividir en dos grupos:
El tipo más común de IMP es la proteína transmembrana , que abarca toda la membrana biológica . Las proteínas de membrana de paso único cruzan la membrana solo una vez, mientras que las proteínas de membrana de paso múltiple entran y salen, cruzando la membrana varias veces. Las proteínas de membrana de paso único se pueden clasificar como Tipo I, que están ubicadas de manera que su extremo carboxilo está hacia el citosol , o Tipo II, que tiene su extremo amino hacia el citosol. Las proteínas de tipo III tienen múltiples dominios transmembrana en un solo polipéptido, mientras que las de tipo IV consisten en varios polipéptidos diferentes ensamblados en un canal a través de la membrana. Las proteínas tipo V están ancladas a la bicapa lipídica mediante lípidos unidos covalentemente. Finalmente, las proteínas de tipo VI tienen dominios transmembrana y anclajes lipídicos. [4]
Las proteínas monotópicas integrales están asociadas con la membrana desde un lado pero no atraviesan completamente la bicapa lipídica.
Muchos de los desafíos que enfrenta el estudio de las proteínas integrales de membrana se atribuyen a la extracción de esas proteínas de la bicapa de fosfolípidos . Dado que las proteínas integrales abarcan todo el ancho de la bicapa de fosfolípidos, su extracción implica alterar los fosfolípidos que las rodean, sin causar ningún daño que interrumpa la función o estructura de las proteínas. Hay varios métodos exitosos disponibles para realizar la extracción, incluidos el uso de "detergentes, baja sal iónica (salación), fuerza de corte y cambio rápido de presión". [5]
La Iniciativa de Estructura de Proteínas (PSI), financiada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de EE.UU. (NIGMS), parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), tiene entre sus objetivos determinar estructuras tridimensionales de proteínas y desarrollar técnicas para su uso. en biología estructural , incluso para proteínas de membrana. El modelado de homología se puede utilizar para construir un modelo de resolución atómica de la proteína integral "objetivo" a partir de su secuencia de aminoácidos y una estructura tridimensional experimental de una proteína homóloga relacionada. Este procedimiento se ha utilizado ampliamente para ligando - receptores acoplados a proteína G (GPCR) y sus complejos. [6]
Los IMP incluyen transportadores , conectores, canales , receptores , enzimas , dominios estructurales de anclaje a la membrana, proteínas involucradas en la acumulación y transducción de energía y proteínas responsables de la adhesión celular . La clasificación de los transportistas se puede encontrar en la base de datos de clasificación de transportadores . [7]
A continuación se ilustra un ejemplo de la relación entre el IMP (en este caso el pigmento de fototrampa bacteriano, bacteriorrodopsina) y la membrana formada por la bicapa de fosfolípidos. En este caso, la proteína integral de membrana abarca siete veces la bicapa de fosfolípidos. La parte de la proteína que está incrustada en las regiones hidrofóbicas de la bicapa es alfa helicoidal y está compuesta de aminoácidos predominantemente hidrofóbicos. El extremo C terminal de la proteína está en el citosol, mientras que la región N terminal está en el exterior de la célula. Una membrana que contiene esta proteína en particular es capaz de funcionar en la fotosíntesis. [8]
Ejemplos de proteínas integrales de membrana: