Função e Estrutura das Proteínas Transmembranares: Fatos Detalhados

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As proteínas transmembranares ou proteínas integrais da membrana são incorporadas na membrana celular e atravessam a membrana da bicamada lipídica. 

Essas proteínas transmembranares geralmente possuem três domínios diferentes: um domínio citosólico (para transmitir sinais para o interior da célula), um domínio transmembranar e um domínio exoplasmático que fica fora da célula, atuando como receptor. A natureza química e a estrutura desses domínios variam muito.

Ainda assim, em geral, o domínio transmembranar é composto por resíduos hidrofóbicos que geralmente adotam a configuração de uma hélice alfa ou uma folha beta composta por múltiplas fitas beta.

As proteínas integrais compreendem cerca de 20-30% do conteúdo de proteína de uma célula, e estas são firmemente fixadas na membrana de tal forma que os pesquisadores geralmente precisam recorrer a condições mais rigorosas envolvendo agentes caotrópicos como ureia 6-8M, tiocianato, perclorato de lítio ou guanidínio cloreto para interromper as interações hidrofóbicas dessas proteínas com a membrana para facilitar sua extração. 

Função das Proteínas Transmembranares

Essas proteínas desempenham várias funções fisiológicas em uma célula, desde proteínas de junção até reconhecimento, transporte, ancoragem e transdução. 

Os GPCRs funcionam em várias vias de sinalização celular e são um dos tipos mais críticos de receptores envolvidos em vastos processos fisiológicos, como a ativação da transcrição de certos genes em resposta a um ligante.

Bacteriorodopsina é uma proteína multipassagem usada por bactérias fotossintéticas para capturar luz. A absorção de fótons induz certas mudanças conformacionais na proteína, que permitem que ela gere um gradiente de prótons que eventualmente será utilizado para sintetizar ATP.

Aquaporinas

Vários tipos de aquaporinas transportam moléculas como água, moléculas solúveis em água e glicerol através do membrana celular.

A aquaporina 0 (um homotetrâmero) é a mais abundante no cristalino dos mamíferos.

As aqua-gliceroporinas são únicas no transporte de moléculas não carregadas, como ureia e amônia, através da membrana. 

A membrana externa de bactérias gram-negativas, como E. coli, possui diferentes porinas para transportar diferentes dissacarídeos (açúcar) para dentro da célula. 

Canais Iônicos

Muitas alfa-hélices contém proteínas integrais dos canais iônicos, como os canais iônicos de sódio dependentes de voltagem, que são cruciais na geração de impulsos nervosos.

Receptores de células imunes

O receptor de células T contém alfa-hélice e é fundamental para o bom funcionamento das respostas das células T na imunidade contra uma doença. O mesmo é verdade para os receptores de células B. 

Vários enzimas em bactérias são proteínas transmembranares, como a enzima metano monooxigenase, que pode oxidar a ligação CH do metano. 

Proteínas direcionadas a vários organelas celulares, como os direcionados ao retículo endoplasmático e outros, possuem uma enzima chamada peptidase de peptídeo sinal na membrana celular.

Essa enzima reconhece o peptídeo sinal específico da organela em uma cadeia polipeptídica de entrada e o cliva, de modo que funciona na distribuição subcelular adequada de várias cadeias polipeptídicas.

Localização subcelular

Proteínas direcionadas a várias organelas celulares, como as direcionadas ao retículo endoplasmático e outros, possuem uma enzima chamada peptidase de peptídeo sinal na membrana celular.

Essa enzima reconhece o peptídeo sinal específico da organela em uma cadeia polipeptídica de entrada e o cliva, de modo que funciona na distribuição subcelular adequada de várias cadeias polipeptídicas.

Fosfolipases

A fosfolipase A1 na membrana externa de bactérias gram-negativas é uma proteína transmembrana do tipo III. Desempenha um papel em várias atividades celulares, entre as quais a secreção de peptídeos tóxicos é uma, para citar algumas. 

Proteínas de Junção

Essas proteínas transmembranares são um componente crucial da adesão celular à matriz extracelular e formam várias junções, como lacunas e junções apertadas entre as células.

As junções comunicantes permitem a comunicação direta entre as células. As junções comunicantes permitem a troca de pequenas moléculas, como íons, açúcares e aminoácidos. A conexina é uma proteína de junção comunicante. 

Reconhecimento celular

As proteínas transmembranares glicosiladas estão envolvidas no reconhecimento celular, e um exemplo comum é a tipagem do grupo sanguíneo ABO. Esses oligossacarídeos determinam o grupo sanguíneo de uma pessoa e são muito importantes clinicamente. 

Transporte de glicose

Várias proteínas transmembranares formam diferentes transportadores e canais fechados na membrana para facilitar a difusão de várias moléculas. GLUT-1 ou transportador de glicose 1 é uma dessas proteínas de membrana integral.

Estrutura das Proteínas Transmembranares

Estruturalmente, a alfa-hélice é a estrutura mais comum no domínio transmembranar de proteínas integrais, e uma razão parcial para a predominância desta alfa-hélice sobre outras estruturas secundárias é a interação hidrofóbica e van der Waals favorável entre os lipídios da bicamada e o amino hidrofóbico. resíduos de ácidos e cadeias laterais hidrofóbicas de aminoácidos. 

função das proteínas transmembrana
Estrutura de proteínas transmembrana de Wikipedia

A topologia das proteínas transmembranares voltadas para o citosol e a matriz extracelular são diferentes e permanecem as mesmas durante toda a vida desta proteína. As proteínas periféricas mostram movimentos de flip-flop em uma bicamada lipídica, mas esses movimentos são um grande não para as proteínas transmembranares. 

Proteínas transmembranares tipo I

Essas proteínas atravessam a membrana uma vez.

O número de domínios, especialmente o domínio transmembranar, que garante o alojamento estável da proteína na membrana, depende muito do tipo de proteína. T

O número geralmente varia de um domínio transmembranar a muitos. A glicoforina A na superfície das hemácias é uma proteína transmembrana de passagem única comum comumente chamada de proteína transmembranar tipo I.

Proteínas transmembranares tipo II

Em contraste com as proteínas do tipo I, os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) atravessam a membrana sete vezes (proteínas transmembranares do tipo II) e, portanto, também são chamados de receptores serpentina.

As aquaporinas são outro exemplo de alfa-hélice contendo proteínas transmembranares associadas ao transporte de água, glicerol e outras substâncias solúveis em água para dentro da célula. As cadeias laterais hidrofóbicas do domínio da hélice são excluídas do interior da hélice e formam interações de van der Waal com as cadeias acil dos lipídios da bicamada.

No entanto, a hélice não contém apenas aminoácidos hidrofóbicos/sem carga. Também possui aminoácidos hidrofílicos/carregados, que estão envolvidos na formação de ligações de hidrogênio com outros aminoácidos carregados da hélice, ajudando assim a estabilizar a própria hélice. 

Proteínas transmembranares tipo II

A alfa-hélice pode dominar o motivo transmembranar na maioria das proteínas, mas este não é o único motivo encontrado em uma proteína integral. Múltiplas fitas beta são unidas por uma alça em gancho de uma estrutura em forma de barril chamada de barril beta que abriga uma cavidade no centro para o transporte de moléculas.

É um motivo secundário comum no caso de várias porinas. Esses barris beta contendo proteínas transmembranares são comumente chamados de proteínas transmembranares tipo III. 

Estruturalmente, essas porinas são homotrímeros porque são compostas por três subunidades idênticas, com cada subunidade tendo 16 beta-fitas formando um barril. O interior desta porina é hidrofílico para permitir o transporte de substâncias hidrofílicas para dentro da célula; no entanto, a parte externa deste barril beta é hidrofóbica, e interage com os lipídios da bicamada garantindo a estabilidade deste poro.

A característica única dessas proteínas de barril beta é um arranjo alternado de aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos. Mais de 50 desses proteínas contêm um barril beta e dependem da orientação das fitas beta. Estes pertencem a três categorias principais: o motivo da chave grega, o motivo do rolinho de gelatina e o motivo para cima e para baixo. 

Proteínas transmembranares tipo IV

Algumas proteínas transmembranares têm âncoras lipídicas adicionais para maior estabilização, e estas são conhecidas como proteínas transmembranares do tipo IV ou proteínas ancoradas em lipídios.

As âncoras lipídicas comuns incluem ácido mirístico, ácido palmítico, cadeias acil preniladas e glicofosfatidilinositol (GPI).

Entre estas, as âncoras GPI encontram-se no exterior da célula, ou seja, no lado exoplasmático da bicamada lipídica, mas as restantes âncoras encontram-se no lado interior da membrana, que é o folheto endocitosólico da membrana celular. 

O isopreno contendo 5 carbonos é o precursor para a construção de âncoras de prenil. As bactérias não possuem proteínas ancoradas em GPI, mas em eucariotos como os humanos, elas realizam uma ampla gama de funções, como transdução de sinal dependente de receptor, adesão celular e até funções enzimáticas. 

Conclusão

A estrutura dessas proteínas varia de proteínas de passagem única a múltiplas, com a maioria delas abrigando uma hélice alfa como estrutura secundária predominante. Essas proteínas estão envolvidas em diversas funções, desde servir como proteínas de canal até a sinalização celular.

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