16.4: Cómo se mantienen las proteínas de membrana en las membranas

El dominio hidrófobo de las proteínas integrales de membrana consiste en una o más regiones alfa-helicoidales que interactúan con el interior hidrófobo de las membranas. Los dominios hidrófilos tienden a tener una estructura más terciaria con superficies hidrófilas, y así se enfrentan al citosol acuoso y al exterior celular. A continuación se trazan dos proteínas transmembrana.

La proteína de la izquierda cruza la membrana una vez, mientras que la de la derecha cruza la membrana tres veces. La forma en que una proteína transmembrana se inserta en la membrana durante la síntesis dicta las ubicaciones de su extremo N y C. De hecho, las proteínas transmembrana pueden atravesar una membrana más de una vez, lo que también determina la ubicación de sus extremos N y C. El extremo N-terminal de un polipéptido de membrana plasmática siempre termina expuesto al exterior de la célula. Los dominios alfa helicoidales que anclan las proteínas en las membranas son en su mayoría no polares e hidrofóbicos. Como ejemplo, considere los aminoácidos en el dominio alfa-helicoidal de la proteína de glóbulos rojos glicoforina A, una proteína de membrana que evita que los glóbulos rojos se agregen, o se aglutinen en la circulación. Un polipéptido de glicoforina A con su hélice alfa transmembrana hidrofóbica se dibuja a continuación. Los monómeros de glicoforina A se emparejan para formar dímeros en la membrana plasmática.

Las proteínas que abarcan las membranas múltiples veces pueden incluir aminoácidos con cadenas laterales polares cargadas, siempre que estas cadenas laterales interactúen entre las hélices de manera que estén blindadas del ambiente de ácidos grasos en la membrana. Debido a estas interacciones hidrofílicas, tales proteínas pueden crear poros para el transporte de moléculas polares e iones; veremos algunas de estas proteínas más adelante. Las proteínas integrales de membrana que no atraviesan la membrana también tienen un dominio helicoidal hidrófobo que las ancla en la membrana, mientras que sus dominios hidrófilos interactúan típicamente con moléculas intracelulares o extracelulares para, por ejemplo, mantener las células en su lugar, dar a las células y tejidos su estructura, etc.

La presencia misma de los dominios alfa-helicoidales hidrófobos en las proteínas transmembrana hace que sean difíciles, si no imposibles, de aislar de las membranas en una forma biológicamente activa. Por el contrario, el polipéptido periférico citocromo c se disocia fácilmente de la membrana de cristal, lo que facilita su purificación. Durante muchos años, la incapacidad de purificar otros portadores de electrones de membrana de cristal en forma biológicamente activa limitó nuestra comprensión de la estructura y función del sistema mitocondrial de transporte de electrones.

Los dominios alfa-helicoidales hidrófobos son, de hecho, un sello distintivo de las proteínas que abarcan la membrana. Incluso es posible determinar la estructura primaria de un polipéptido codificado por un gen antes de que la propia proteína haya sido aislada. Por ejemplo, conociendo la secuencia de ADN de un gen, podemos inferir la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada por el gen. Un análisis de hidrofobicidad de la secuencia de aminoácidos inferida puede indicarnos si es probable que una proteína sea una proteína de membrana. Veamos una gráfica de hidropatía (hidrofobicidad) (abajo).

Para ver cómo una gráfica de hidropatía puede predecir si una proteína es una proteína de membrana, consulte el siguiente enlace.

287 La hidropatía predice dominios hidrófobos y proteínas de membrana