Информация » Выделение мембранных белков » Пример структурных исследований мембранных белков. Структура поринов

Пример структурных исследований мембранных белков. Структура поринов

Порины - это основной класс белков, обнаруженных в наружной мембране кишечных бактерий

У Е. coli и Salmonella typhimurium выявлены три порина: OmpF, OmpC и PhoE. Эти белки имеют молекулярную массу примерно 35 000 и гомологичные аминокислотные последовательности. Порины экстрагируются из наружной мембраны с помощью ДСН в виде стабильных тримеров; их можно встроить в фосфолипидные бислои с образованием неспецифичных пор, способных пропускать малые (<600 Да) гидрофильные молекулы. По-видимому, именно они придают наружной мембране бактерий свойство молекулярного сита, позволяя питательным веществам проникать внутрь клетки, а отходам - выводиться наружу через неспецифические каналы.

Были проведены обширные структурные исследования белка OmpF, известного также под названием "матриксный порин"; в настоящее время осуществляется кристаллографический анализ, который позволит получить его структуру с высоким разрешением. Судя по данным о первичной последовательности, в молекуле нет никаких длинных гидрофобных участков, которые можно было бы идентифицировать как трансмембранные, и в среднем в ней содержится больше полярных аминокислот, чем неполярных. Однако трехмерная электронно-микроскопическая реконструкция изображения с использованием кристаллических пластинок реконструированного порина показала, что белок пронизывает бислой, причем за пределы мембраны выходят лишь небольшие участки молекулы. Методом негативного контрастирования были выявлены каналы, образуемые тримерами. Отдельные молекулы порина образуют у внутренней поверхности каналы, которые в середине бислоя сливаются в одиночный канал, открывающийся наружу. Есть и другие данные, свидетельствующие о том, что порин, несмотря на отсутствие в его молекуле гидрофобных участков, является трансмембранным белком. Иногда этот белок выполняет роль рецептора для бактериофага (для этого отдельные его участки должны быть экспонированы на наружной поверхности), а также проявляет сродство к компонентам клеточной стенки на периплазматической стороне. Очищенный порин можно встраивать в фосфолипидные бислои с образованием потенциалчувствительных каналов.

Данные инфракрасной спектроскопии, кругового дихроизма и широкоугольной диффузионной рентгеновской дифракции свидетельствуют о том, что две трети длины молекулы образует β-слой, а на долю α - спиралей приходится небольшая часть длины молекулы. Кроме того, эти исследования показывают, что β - цепи антипараллельны, ориентированы перпендикулярно плоскости мембраны не имеют среднюю длину 10-12 остатков, которых достаточно для пересечения неполярной области мембраны. Способ укладки β-цепей можно установить лишь с помощью рентгеновской дифракции. Как показывают модельные исследования, β-цепи могут быть уложены так, что образуется β-цилиндр, при этом полярные и заряженные аминокислотные остатки выстилают стенки наполненных водой каналов.

Все известные о структуре порина данные показывают, что гидрофобная

α-спираль не является его необходимым трансмембранным элементом. Это означает, что наиболее распространенные способы предсказания структуры трансмембранных белков имеют свои ограничения, поскольку они основываются на предположении, что пересечь бислой могут только гидрофобные сегменты. Точная структура порина до сих пор неизвестна; неясно также, сходна ли она со структурой других мембранных белков. Впрочем, имеются и другие белки наружной мембраны бактерий, которые характеризуются высоким содержанием β - структур.

Предположение о том, что необычная структура поринов связана с уникальной структурой и составом наружной мембраны бактерий, выглядит правдоподобно. Возможно, однако, что она обусловлена уникальностью способа образования больших водных каналов через бислой.


Похожие материалы:

Спектральные методы
Для определения содержания α - спиралей и β - слоев в мембранных белках используют несколько методов. В отсутствие трехмерной организации на их основе можно попытаться построить соответствующие модели. Чаще всего используется ме ...

Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни
Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изуче­нию происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов обра­зования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, угле­водородов в услов ...

Физиология крови, жидкие среды организма
В среднем у человека содержится около 60% от массы тела воды, например, для 70 кг массы это около 42 л. Все водное пространство организма принято делить на два основных сектора: внеклеточный, на долю которого приходится 20% от массы тела, ...