Membranprotein


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Ein Membranprotein ist ein in die Lipidschicht einer Biomembran eingelagertes (integrales) oder dieser aufgelagertes (peripheres) Protein. Dabei ist es egal, ob das Protein in der äußeren Membran (Plasmamembran) oder in Membranen intrazellulärer Organellen sitzt. Etwa 25 bis 30 Prozent aller natürlich vorkommenden Proteine sind in Zellmembranen eingelagert.<ref name="PMID_18763712">Tan, S.: Membrane proteins and membrane proteomics. In: Proteomics. 8, Nr. 19, 2008, S. 3924-3932. PMID 18763712.</ref><ref name="PMID_18674618">Carpenter, E. P. et al.: Overcoming the challenges of membrane protein crystallography. In: Curr Opin Struct Biol. 18, Nr. 5, 2008, S. 581-586. PMID 18674618.</ref><ref name="PMID_20508636">Baker, M.: Making membrane proteins for structures: a trillion tiny tweaks. In: Nat Methods. 7, Nr. 6, 2010, S. 429-434. PMID 20508636.</ref>

Eigenschaften

Zu den integralen Membranproteinen gehören die Transmembranproteine, zu den peripheren Membranproteinen gehören die membranständigen Proteine. Der Unterschied liegt darin, ob sie die Zellmembran vollständig durchziehen oder nur einer Seite der Lipiddoppelschicht angelagert bzw. darin verankert sind. Zelluläre Proteine mit Anteilen auf der Zelloberfläche werden als Oberflächenproteine bezeichnet. Virale Proteine an der Oberfläche eines Virions werden auch als Oberflächenproteine bezeichnet und binden dort oftmals Antikörper, sind jedoch nur bei behüllten Viren auch gleichzeitig Membranproteine mit den charakteristischen hydrophoben Aminosäuresequenzen. Proteine und Kohlenhydrate auf der Zelloberfläche können als Antigene eine humorale Immunantwort auslösen und werden im Bezug auf das Immunsystem als Oberflächenantigene bezeichnet.

Die Struktur der Proteine hängt vom Zustand ab. Ein in der Membran verankertes Protein besitzt oft Phosphorylierungs-, Glykosylierungs- und Myristoylierungsstellen, welche posttranslational die Tertiärstruktur beeinflussen.

Membranproteine sind von großer medizinischer Bedeutung: etwa die Hälfte aller derzeit zugelassener Arzneimittel wirkt auf diesen Proteintyp als therapeutische Zielstruktur ein.<ref name="PMID_20508636" />

Funktionen

Membranproteine sind funktionelle Schlüsselproteine, da sie zum einen wichtiger Bestandteil der strukturellen Abgrenzung der Organellen sind; weiterhin spielen sie eine entscheidende Rolle bei nahezu allen zellulären Funktionen.<ref name="PMID_20508636" /><ref name="PMID_18780351">Sadowski, P. G.: Sub-cellular localization of membrane proteins. In: Proteomics. 8, Nr. 19, 2008, S. 3991-4011. PMID 18780351.</ref> Zu nennen sind hier neben anderen:

  1. Enzymaktivität
  2. Signalübertragung
  3. Transport (Proteine, Ionen etc.)
  4. Verankerung an Cytoskelett und extrazellulärer Matrix
  5. Zell-Zell-Erkennung
  6. Zellverbindung

Membranproteine übernehmen meist wichtige physiologische Aufgaben, z. B. als Zelladhäsionsmoleküle, Translokasen oder Rezeptoren von Signalwegen. Beispiele sind Porine (z. B. Aquaporine, wichtig für den Wasser- und Energiehaushalt) und ABC-Transporter sowie Lichtrezeptoren wie Bakteriorhodopsin.

Man unterscheidet die Transmembranproteine funktionell. Transporter und Kanäle sind essentiell, um u. A. das Ionengleichgewicht einer Zelle zu gewährleisten, Enzyme katalysieren wichtige Stoffwechselprozesse, Rezeptoren dienen einer Weiterleitung von Signalen über eine Lipidschicht hinweg, Connexine knüpfen direkte Verbindungen zwischen Zellen, usw.

Transporterklassen
  1. ABC-Transporter
  2. Ionenkanäle
  3. Membranständige ATPasen
  4. SLC-Transporter
  1. Wasserkanäle (siehe Aquaporine)

Hydrophobizität

→ Hauptartikel: Hydrophobizitätsskala

Transmembranproteine sind im Transmembranbreich (Transmembrandomäne von etwa acht bis zwölf Aminosäuren) gehäuft aus den weniger polaren bzw. hydrophoberen Aminosäuren aufgebaut, die mit den Lipiden der Membran eine Protein-Lipid-Interaktion eingeht.

Einzelnachweise

<references/>

Weblinks

Quellen