חלבון ממברנה פריפריאלי
חלבוני ממברנה פריפיריאליים (Peripheral membrane proteins) הם חלבונים שנמצאים באינטראקציות זמניות עם קרום התא (ממברנה) שאליו הם מחוברים. חלבונים אלה קשורים לחלבונים האינטגרלים בממברנה או חודרים לאזורים הפריפראלים של קרום התא. חלבוני קרום פריפריאליים משמשים פעמים רבות לבקרה על קולטנים, תעלות וכיוצא באלה מבנים שיש על הממברנה. חלבוני קרום משמשים לא רק לבקרה אלא גם ליצירת קשר בין אנזימים וממברנות.
האינטראקציות בין חלבונים פריפריאלים לממברנה יכולות להיות ישירות עם הממברנה או דרך אינטראקציות שניוניות עם דרך חלבונים קושרים.
מנגנונים שונים לקישור פריפריאלי
הקישור של חלבונים לממברנה עלולה לערב שינויים רחבים במבנה השלישוני של החלבון. שינויים אלו יכולים לבוא לידי ביטוי בקיפול מרחבי שונה של החלבון או ארגון מחדש של האזור הממברנלי שבצמוד לאזור הקשירה או שניהם גם יחד.
קישורים אלה חשובים לחלק מן החלבונים על מנת לבצע את התפקיד הביולוגי שלהם. זה כולל עיבוד אנזימתי לליפידים ולמולקולות הידרופוביות, עיגון לממברנה, והיכולת קישור והעברה של מולקולות קטנות לא פולריות בין ממברנות שונות.
חלבונים אלו מעוגנים לממברנה כתוצאה מאינטראקציות הידרופוביות בין הממברנה ושיירים לא פולרים חשופים הפני השטח של החלבון, על ידי קשרים ספציפים לא קוולנטים עם ליפידים רגולטורים, או דרך חיבור קוולנטי לעוגן ליפידי.
הוכח שהזיקה בקישור לממברנה של חלבוני ממברנה פריפריאלים רבים תלויה בספציפיות של הרכב הליפידים בממברנה שאיתה הם נמצאים האינטראקציה.
קישור על ידי אינטראקציות הידרופוביות, לא ספציפי
חלבונים פריפריאלים בעלי תכונות אמפיפטיות (amphitropic proteins), נמצאים במגע עם הממברנה הליפידית על ידי מגוון מולקולות מעגנות (hydrophobic anchor structures). לדוגמה מבני אלפא הליקס, שיוצרים מבני לולאות שניונים, מודיפיקציות לאחר התרגום על שייר כמו אצטילציה או ליפולציה, שרשרת אציל בעלת קשרים ספציפים לליפידים בקרתיים. אינטראקציות הידרופוביות אלו הוכחו כחשובות אפילו לפפטידים וחלבונים בעלי אופי הידרופילי/קטיוני (מולקולות טעונות חיובי) גדול, רק בנוכחות הקישור הספציפי שלהם לממברנה.
קישור על ידי אינטראקציות קוולנטיות לליפידים, לא ספציפי
חלבונים בעלי מולקולה קושרת ליפידית יוצרים אינטראקציות קוולנטיות חזקות בצד הפונה לתוך התא, הסביבה הציטופלסמתית, עם השרשראות הפחמניות של חומצות שומן ספציפיות. בפני השטח של התא, בצד המנוגד אינטראקציות הקוולנטיות עם חומצות שומן אחרות (glycosylphosphatidylinositol (GPI) and cholesterol).
חלבונים הקשורים לממברנה על ידי אינטראקציות עם שיירים שעבר התמרה של קבוצת אציל (אצתילציה) יכולים עבור דיסוציאציה (שחרור) הפיכה מהממברנה. תהליך זה מתרחש בתת-יחידה בטא של חלבון G.
קישור על ידי אינטראקציות קוולנטיות, ספציפי לחלבון-ליפיד
ישנם חלבונים ציטופלסמתים שדורשים קישור לממברנה ספציפית תוך תאית ששם יש סוגי ליפידים ייחודיים. הקישור הזה מכוון על ידי מבנה בחלבון, הדומה לאתר פעיל, שספציפי לקישור של ראש הליפיד. זוהי אינטראקציה ספציפית קלאסית בין חלבון לסובסטרט, שמיוצבת בקשרי מימן, קשרי ואן דר ואלס ואינטראקציות הידרופוביות בין החלבון לליגנד. קומפלקסים שכאלו מיוצבים בנוסף גם על ידי יצירת גשרי מלח בין שיירי אספרטט לשיירי גלוטמאט של החלבון והפוספטים של הליפיד עם יוני סידן. קשרים יונים שכאלו יציבים ומתרחשים כאשר הקישור הראשוני בין החלבון ליון בתמיסה.
קישור על ידי אינטראקציות אלקטרוסטטיות, ספציפי לחלבון ללפיד
כל חלבון הטעון במטען חיובי ימשך למטען שלילי על גבי הממברנה, אינטראקציות לא ספציפיות. אבל, לא כל החלבונים הפריפריאלים הם טעונים חיובית, ובנוסף רק צד אחד של הממברנה בעל מטען שלילי. זה כולל את הצד הציטופלסמתי (הפנימי) של הממברנה הציטופלסמתית, צד החיצוני של הממברנה המיטוכונדריאלית והממברנה החיצונית בחיידקי גראם שלילי. לכן, אינטרקציות חלשות/אלקטרוסטטיות בעלות תפקיד חשוב בנוגע בהבאת החלבון ליעדו וכן ליצור קשרים ספציפים של חלבון לליפיד (membrane targeting).
אורינטציה ייחודית בממברנה
החדירות והאורינטציה המרחבית של חלבונים פריפריאלים בעלי תכונות אמפיפטיות (amphitropic proteins) נלמדים בטכניקות רבות כמו: קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן, טכניקות ספקטרופוטומטריות מגוונות: פלואורסצנציה, NMR וכדומה. חלבונים אלו אופינו כבעלי מולקולה מעגנת הידרופובית שחודרת את הממברנה ונקשרות לשרשראות הפחמניות ההידרופוביות של הליפיד. הקישור בדרך כלל, תגובה אקסותרמית ומועדפת מבחינה תרמודינמית. חדירות דומה מתקבלת כאשר לחלבון מיבנים שניוניים (אלפא הליקס בעלי תכונות אמפיפטיות).
אופינו חלבונים נוספים מסיסים ללא שיירים הידרופובים חשופים או מולקולת עוגן הידרופובית כל שהיא. לכן, אין את האפשרות לחדור לממברנה הליפידית והם ישארו ממסיסים בתמיסה. האינטראקציות של חלבונים כאלו עם הממברנה בעיקר אלקטרוסטטיות.
קישורים חיצוניים
- קישור לערך בנושא מאגרי מידע על חלבונים Stephen White laboratory
