Dominio transmembrana

Un dominio transmembrana (TMD) es un dominio proteico que atraviesa la membrana. Los TMD generalmente adoptan una conformación topológica de hélice alfa, aunque algunos TMD, como los de las porinas, pueden adoptar una conformación diferente. Debido a que el interior de la bicapa lipídica es hidrofóbico, los residuos de aminoácidos en los TMD suelen ser hidrofóbicos, aunque las proteínas como las bombas de membrana y los canales iónicos pueden contener residuos polares. Los TMD varían mucho en longitud, secuencia e hidrofobicidad, adoptando propiedades específicas de orgánulos.

Funciones de los dominios transmembrana

Se sabe que los dominios transmembrana realizan una variedad de funciones. Éstas incluyen:

• Anclando proteínas transmembranas a la membrana.
  

  Un receptor AMPA anclado a la membrana por su dominio transmembrano.
• Facilitar el transporte molecular de moléculas como iones y proteínas a través de las membranas biológicas; generalmente los residuos hidrofílicos y los sitios de unión en los TMD ayudan en este proceso.
• Transducción de señales a través de la membrana; muchas proteínas transmembranas, como los receptores de proteína G, reciben señales extracelulares. Los TMD propagan esas señales a través de la membrana para inducir un efecto intracelular.
• Asistencia en la fusión de vesículas; la función de TMDs no se entiende bien, pero se ha demostrado que son críticos para la reacción de fusión, posiblemente como resultado de TMDs que afectan la tensión del bilayer lípido.
• Mediar el transporte y clasificar las proteínas transmembranas; se ha demostrado que las TMD funcionan en tándem con señales de clasificación citosolica, siendo la longitud e hidrofobia los principales determinantes en la clasificación TDM. Las TMDs más largas e hidrofóbicas ayudan a ordenar proteínas a la membrana celular, mientras que las TMD más cortas y menos hidrofóbicas se utilizan para retener proteínas en el reticulum endoplasmático y el aparato Golgi. El mecanismo exacto de este proceso sigue siendo desconocido.

Identificación de hélices transmembrana

Las hélices transmembrana son visibles en estructuras de proteínas de membrana determinadas por difracción de rayos X. También se pueden predecir sobre la base de escalas de hidrofobicidad. Debido a que el interior de la bicapa y los interiores de la mayoría de las proteínas de estructura conocida son hidrofóbicos, se supone que los aminoácidos que atraviesan una membrana deben ser también hidrofóbicos. Sin embargo, las bombas de membrana y los canales iónicos también contienen numerosos residuos cargados y polares dentro de los segmentos transmembrana generalmente no polares.

Usando el "análisis de hidrofobicidad" predecir hélices transmembrana permite una predicción a su vez de la "topología transmembrana" de una proteína; es decir, la predicción de qué partes sobresalen en la célula, qué partes sobresalen y cuántas veces la cadena de proteína cruza la membrana.

Las hélices transmembrana también se pueden identificar in silico utilizando la herramienta bioinformática TMHMM.

El papel de la biogénesis de proteínas de membrana y los factores de control de calidad

Dado que la traducción de proteínas ocurre en el citosol (un ambiente acuoso), se requieren factores que reconozcan los TMD y los protejan en este ambiente hostil. También se requieren factores adicionales que permitan que el TMD se incorpore a la membrana diana (es decir, retículo endoplásmico u otros orgánulos). Los factores también detectan el plegamiento incorrecto de TMD dentro de la membrana y realizan funciones de control de calidad. Estos factores deben ser capaces de reconocer un conjunto muy variable de TMD y pueden segregarse en activos en el citosol o activos en la membrana.

Factores de reconocimiento citosólico

Se cree que los factores de reconocimiento citosólico utilizan dos estrategias distintas. En la estrategia cotraduccional, el reconocimiento y el blindaje están acoplados a la síntesis de proteínas. Los estudios de asociación del genoma completo indican que la mayoría de las proteínas de membrana que se dirigen al retículo endoplásmico son manejadas por la partícula de reconocimiento de señal que está unida al túnel de salida ribosómico e inicia el reconocimiento y la protección a medida que se traduce la proteína. La segunda estrategia involucra proteínas ancladas en la cola, definidas por un solo TMD ubicado cerca del extremo carboxilo de la proteína de membrana. Una vez que se completa la traducción, el TMD anclado en la cola permanece en el túnel de salida ribosómico y una ATPasa media la orientación al retículo endoplásmico. Los ejemplos de factores de transferencia incluyen TRC40 en eucariotas superiores y Get3 en levadura. Además, los factores generales de unión a TMD protegen contra la agregación y otras interacciones perturbadoras. SGTA y calmodulina son dos factores de unión a TMD generales bien conocidos. El control de calidad de las proteínas de membrana involucra factores de unión a TMD que están vinculados al sistema de proteasoma de ubiquitinación.

Factores de reconocimiento de membrana

Una vez transportados, los factores ayudan con la inserción del TMD a través de la capa hidrofílica de fosfato "cabeza" grupo de la membrana de fosfolípidos. Los factores de control de calidad deben poder discernir la función y la topología, así como facilitar la extracción al citosol. La partícula de reconocimiento de señales transporta proteínas de membrana al canal de translocación Sec, posicionando el túnel de salida del ribosoma próximo al poro central del translocón y minimizando la exposición del TMD al citosol. Las insertasas también pueden mediar en la inserción de TMD en la bicapa lipídica. Las insertasas incluyen la bacteria YidC, la mitocondrial Oxa1 y el cloroplasto Alb3, todas ellas relacionadas evolutivamente. Las familias de enzimas Hrd1 y Derlin conservadas son ejemplos de factores de control de calidad unidos a la membrana.

Ejemplos

• Los tetraspaninos tienen 4 dominios transmembranos conservados.
• Locus de leche omlo) las proteínas tienen 7 dominios transmembranos conservados que codifican los cálices alfa.