Proteína de membrana de un solo paso

Proteína transmembrana

Representación esquemática de las proteínas transmembrana: 1. una proteína con una sola hélice α transmembrana (una proteína de membrana de un solo paso) (bitópica) 2. una proteína α-helicoidal transmembrana politópica 3. una proteína β-lámina transmembrana politópica
La membrana está representada en amarillo.

Una proteína de membrana de un solo paso, también conocida como proteína de un solo paso o proteína bitópica, es una proteína transmembrana que atraviesa la bicapa lipídica solo una vez. ^{[1] [2]} Estas proteínas pueden constituir hasta el 50% de todas las proteínas transmembrana , dependiendo del organismo, y contribuyen significativamente a la red de interacciones entre diferentes proteínas en las células , incluidas las interacciones a través de hélices alfa transmembrana . ^[3] Por lo general, incluyen uno o varios dominios solubles en agua situados en los diferentes lados de las membranas biológicas , por ejemplo en los receptores transmembrana de un solo paso . ^[4] Algunas de ellas son pequeñas y sirven como subunidades reguladoras o estabilizadoras de la estructura en grandes complejos transmembrana multiproteicos, como los fotosistemas o la cadena respiratoria . Se identificaron más de 2300 proteínas de membrana de un solo paso en el genoma humano . ^[5]

Clasificación basada en topología

Las proteínas bitópicas se clasifican en 4 tipos, según su topología transmembrana y la ubicación de la hélice transmembrana en la secuencia de aminoácidos de la proteína. Según Uniprot :

• Tipo I: extremo N en el lado extracelular de la membrana; péptido señal eliminado ^[6]
• Tipo II: N-terminal en el lado citoplasmático de la membrana; hélice transmembrana ubicada cerca del N-terminal, donde funciona como ancla ^[7]
• Tipo III: extremo N en el lado extracelular de la membrana; sin péptido señal ^[8]
• Tipo IV: extremo N en el lado citoplasmático de la membrana; hélice transmembrana ubicada cerca del extremo C, donde funciona como ancla ^[9]

Por lo tanto, las proteínas de tipo I están ancladas a la membrana lipídica con una secuencia de anclaje de detención de transferencia y tienen sus dominios N-terminales dirigidos al lumen del RE durante la síntesis. Los tipos II y III están anclados con una secuencia de anclaje de señal, siendo el tipo II dirigido al lumen del RE con su dominio C-terminal, mientras que el tipo III tiene sus dominios N-terminales dirigidos al lumen del RE.

Estructura

Una proteína transmembrana de un solo paso consta típicamente de tres dominios, el dominio extracelular , el dominio transmembrana y el dominio intracelular. El dominio transmembrana es el más pequeño, con alrededor de 25 residuos de aminoácidos , y forma una hélice alfa insertada en la bicapa de la membrana. El ECD es típicamente mucho más grande que el ICD y a menudo es globular , mientras que muchos ICD tienen un desorden relativamente alto . ^[10] Algunas proteínas de esta clase funcionan como monómeros, pero la dimerización u oligomerización de orden superior es común. ^{[10] [11]}

Evolución

La cantidad de proteínas transmembrana de un solo paso en el genoma de un organismo varía significativamente. Es mayor en eucariotas que en procariotas y en organismos multicelulares que en unicelulares . ^[12] La fracción de proteínas en esta clase es mayor en humanos que en los organismos modelo Danio rerio (pez cebra) y Caenorhabditis elegans (gusanos nematodos), lo que sugiere que los genes que codifican estas proteínas han experimentado una expansión en los linajes de vertebrados y mamíferos . ^[4]

Bases de datos

• La base de datos de membranomas es una base de datos de proteínas bitópicas de varios organismos modelo.
• Proteínas bitópicas en la base de datos OPM

Referencias

1. "Proteína de membrana de un solo paso". www.uniprot.org .
2. Biología estructural de membranas: con fundamentos bioquímicos y biofísicos , por Mary Luckey, 2014, Cambridge University Press , página 91.
3. Zviling, Moti; Kochva, Uzi; Arkin, Isaiah T. (2007). "¿Qué importancia tienen las hélices transmembrana de las proteínas de membrana bitópica?". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1768 (3): 387–392. doi :10.1016/j.bbamem.2006.11.019. PMID  17258687.
4. Pahl, Matthew C; Askinazi, Olga L; Hamilton, Catherine; Cheng, Irene; Cichewicz, Karol; Kuhn, Jason; Manohar, Sumanth; Deppmann, Christopher D (18 de octubre de 2013). "Señalización a través de proteínas transmembrana de un solo paso". eLS : a0025160. doi :10.1002/9780470015902.a0025160. ISBN 978-0-470-01617-6.
5. Lista de proteínas transmembrana de un solo paso en humanos según la base de datos Membranome
6. "Proteína de membrana de tipo I de un solo paso". UniProt . Consultado el 15 de junio de 2021 .
7. "Proteína de membrana de tipo II de un solo paso". UniProt . Consultado el 15 de junio de 2021 .
8. "Proteína de membrana de tipo III de un solo paso". UniProt . Consultado el 15 de junio de 2021 .
9. "Proteína de membrana de tipo IV de un solo paso". UniProt . Consultado el 15 de junio de 2021 .
10. Bugge, Katrine; Lindorff-Larsen, Kresten; Kragelund, Birthe B. (diciembre de 2016). "Entender la señalización de los receptores transmembrana de un solo paso desde un punto de vista estructural: ¿qué nos estamos perdiendo?" (PDF) . The FEBS Journal . 283 (24): 4424–4451. doi :10.1111/febs.13793. PMID  27350538.
11. Valley, Christopher C.; Lewis, Andrew K.; Sachs, Jonathan N. (septiembre de 2017). "Uniendo las piezas: desentrañando la esquiva relación estructura-función en receptores de membrana de un solo paso". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1859 (9): 1398–1416. doi :10.1016/j.bbamem.2017.01.016. PMC 5487282 . PMID  28089689. 
12. Pogozheva, Irina D.; Lomize, Andrei L. (febrero de 2018). "Evolución y adaptación de proteínas transmembrana de un solo paso". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1860 (2): 364–377. doi :10.1016/j.bbamem.2017.11.002. PMID  29129605.