O prima clasificare a proteinelor membranare se face in functie de pozitia lor fata de bistratul lipidic, care permite impartirea acestora in doua mari categorii:
1. Proteine periferice, sau extrinseci: acele proteine care se afla atasate de o parte si de alta a bistratului lipidic, interactionand cu capetele hidrofile ale lipidelor;
2. Proteine integrale sau intrinseci: acele proteine care sunt cufundate in bistratul lipidic ,strabatandu-l complet sau partial.
Evidentierea , descrierea si denumirea acestor doua categorii de proteine membranare au fost facute in deceniul opt al secolului XX , la numai doi ani dupa introducerea modelului mozaic fluid privind organizarea membranelor. Proteinele periferice reprezinta, in general, ~ 25 % din proteinele unei membrane, sunt extractibile, cu solutii saline sau agenti chelatori , au caracter hidrofil , dupa extragere nu sunt asociate cu lipide si isi pastreaza solubilitatea in apa. In functie de versantul (foita) bistratului lipidic caruia (careia) ii sunt asociate se clasifica in
(i) ectoproteine (proteine periferice asociate foitei externe a bistratului, asadar expuse la exteriorul membranei celulare sau pe fata luminala a membranelor organitelo) si
(ii) endoproteine (proteine periferice asociate foitei interne a bistratului, asadar expuse pe versantul citoplasmatic al membranelor si endomembranelor).
Au fost evidentiate atasari mai ferme ale proteinelor periferice la bistratul lipidic, prin conjugari (stabilirea de legaturi covalente) cu componente lipidice. Pentru unele ectoproteine a fost evidentiata o cuplare prin carboxilul terminal la gruparea amino a etnolaminei din capatul liber al structurii glucidice al glicofosfatidilinozitolilor. Fenomenul se numeste glipiare. Partea lipidica ramane in foita externa a bistratului si poarta numele de ancora glicofosftidilinozitolica. Nu sunt deocamdata clar elucidate functiile acestor proteine modificate prin glipiare. Unele dintre endoproteine se pot asocia tranzitoriu si reversibil bistratului lipidic prin reactii de acilare (miristilare, palmitilare, farnesilare, etc.), radicalul acil fiind cufundat in foita interna a bistatului. Aceste modificari reversibile sunt importante pentru exprimarea functiilor acestor proteine. Mai mult , unele dintre ele , cum ar fi proteinele G mici pot tranzita din starea de proteina citosolica in starea de proteina periferica pentru exercitarea functiilor (vezi la semnalizarea celulara ). |
|  |
Revnind la proteinele transmembranare, acestora li se definesc trei domenii structurale :
- (i) un ectodomeniu (portiunea expusa pe versantul extern al membranei),
- (ii) un endodomeniu ( portiunea expusa pe versantul intern al membranei )
- (iii) un domeniu transmembranar (portiunea ce strabate bistratul lipidic).
In ceea ce priveste modul de organizare structurala a ecto-si endodomeniilor lanturile proteice se pot impacheta in aceste zone atat in portiuni de helixuri cat si in pliuri, asa cum se intampla cu toate proteinele. Situatia este oarecum diferita pentru domeniul transmembranar. Pentru aceasta, pana acum vreo 10 ani a existat acceptiunea ca nu poate fi structurat decat sub forma de helix, astfel icat sa poata fi mascate catre axul acestuia portiunile hidrofile ale lantului polipeptidic , iar exteriorul sau sa fie expuse partile hidrofobe acomodabile cu hidrofibicitatea din profunzimea bistratului lipidic. Se justifica prin aceleasi considerente de ordin structural si termodinamic. Intre timp insa , au fost identificate proteine transmembranare care, la nivelul domeniului transmembranar prezinta -pliuri orientate in contrasens care se organizeaza asemenea doagelor unui butoias , astfel incat expun catre bistrat zonele hidrofobe si ascund catre interior structurile hidrofile. Asemenea proteine se intalnesc, de exemplu in membrana mitrocondriala externa formand porine. Iata un alt exemplu de schimbare de atitudine pe care evolutia cunoasterii realitatii biologice a impus-o. Proteinele transmembranare se pot clasifica si pe baza altor criterii. Astfel, in functie de numarul de treceri ale lantului polipeptidic prin planul membranei ele se impart in
- (i) unipas (osingura trecere) si
- (ii) multipas ( mai multe treceri ).
Este lesne de inteles ca proteinele structurate ca -pliuri la nivelul domeniului transmembranar (porinele) nu pot fi unipas. In functie de pozitia capatului amino a lantului polipeptidic proteinele transmembranare se clasifica in
- (i) proteine transmembranare de tipul I (cand capatul amino se afla in ecto domeniu) si
- (ii) proteine transmembranare de tipul II (cand capatul amino se afla in endodomeniu) .
Toate aceste clasificari ne sugereaza marea diversitate de proteine membranare , astfel incat este clar ca prezenta proteinelor in structura membranelor respecta caracterul eterogen al structurarii lor, nuantandu-l. In acelasi timp existenta ecto- si endoproteinelor sporeste asimetria structurala a organizarii moleculare a membranelor accentuata si de prezenta proteinelor transmembranare cu ectodomeniul diferit de endodomeniu , ca si prin caracterul asimetric al organizarii lantului polipeptidic caruia ii putem asocia caracteristici vectoriale ( origine , directie , sens ). Vom comenta ceva mai jos efectul si imoportanta acestor aspecte asupra functionarii membranelor. |
|
|
|
De mentionat ca atat proteinele membranare acilate, cat si cele glipiate au tendinta de a se acumula in caveole sau plute lipidice (microdomenii de membrana amintite mai sus la lipidele membranare). Proteinele integrale reprezinta, de regula, ~ 75% din proteinele unei membrane, se pot extrage din structura bistratului lipidic prin folosirea de detergenti, dupa extragere raman asociate cu lipide, sunt insolubile in apa (dializarea detergentului duce la precipitarea lor prin floculare) si au un caracter amfifil (portiunea hidrofoba fiind reprezenata de zona imersata in bistratul lipidic, portiunea/portiunile hidrofila/hidrofile reprezentand structurile expuse in afara bistratului lipidic). Proteinele integrale care traverseaza complet bistratul lipidic sunt denumite proteine transmembranare. Cele care sunt partial cufundate in bistratul lipidic nu au primit o denumire specifica. Mai mult, acestea din urma au fost considerate nu demult a fi practic inexistente. Se specula in favoarea acestei idei pe considernte structurale si termodinamice. Explicatia era ca nu putea fi adoptata de catre aceste proteine o conformatie care sa asigure hidrofobicitate in portiunea de pliere a lantului polipeptidic in interiorul bistratului lipidic. In momentul de fata sunt cel putin doua proteine integrale candidate la imersare partiala in bistratul lipidic al membranelor carora le apartin: citocromul b5 din membrana reticului endoplasmic si caveolina, la nivelul membranelor celulelor ce pot structura caveole ca formatiuni specializate de membrane sau microdomenii de genul plutelor lipidice (lipid rafts). Schimbarea atitudinii comunitatii stiintifice in privinta acestei situatii este un exemplu al dinamicii cunoasterii in biologia celulara si al modului rapi in care conceptele pot evolua in domeniul cunoasterii bilogiei celulei.
|
| |
|
Primele si cele mai detaliate informatii asupra proteinelor membranare au fost obtinute din studiul membranelor eritrocitare. Motivatia este simpla : materialul biologic este usor de obtinut in cantitate suficienta ; populatia celulara omogena este usor de sigurat , membranele se obtin fara dificultate print-un simplu soc hipoton urmat de centrifugare , iar membranele obtinute (numite si fantome eritrocitare) nu sunt impurificate cu endomembrane (membrane ale organitelor celulare), inexistente in acest caz . Proteinele membranelor astfel purificate au fost rezolvate prin electroforeza in gel de poliacrilamida in prezenta de dodecilsulfat de sodiu (SDS-PAGE). Avantajele acestui tip de electroforeza constau in faptul ca detergentul (dodecilsulfatul de sodium numit si lauril sulfat de sodiu) pe de o parte elibereaza toate proteinele (atat pe cele periferice, cat si pe cele integrale) din arhitectura membranei, solubilizandu-le, iar pe de alta parte se absoarbe unitar pe lanturile polipeptidice , conferindu-le o densitate de sarcina negativa unitara. In aceste conditii migrarea proteinelor se face numai in functie de greutatea lor moleculara . Rezultatele unei asemenea abordari pentru descrierea proteinelor membranei eritrocitare se infatiseaza sub forma unei benzi proteice distribuite intre 20 si 250 kD , care initial au primit denumiri sub forma de cifre (banda 1 , banda 2 , etc.) , nuantandu-se cu , spre exemplu banda 4.1 , banda 4.2 , acolo unde benzile apareau ca dublete. Ulterior , unele dintre proteine au primit denumiri specifice. In momentul de fata organizarea si functionarea membranei eritrocitare poate fi discutata pe baza informatiilor pe care le avem referitor la proteinele ei .
|
|
|
