PORINS: JELLEMZŐK, FUNKCIÓ ÉS ÖSSZEÁLLÍTÁS - BIOLÓGIA - 2024

A porinok olyan integrált membránfehérjék, amelyek lehetővé teszik a különféle közepes méretű molekulák diffúzióját. A gram-negatív baktériumok (mint az E. coli esetében), valamint a mitokondriumok és kloroplasztok külső membránjain találhatók. Ezek a transzmembrán fehérjék teljes mértékben áthatolnak a membránokon és szerkezetük β-lemezekből áll.

A transzporter proteinekkel ellentétben a porinok csatornafehérjék, vagyis nyitott csatornákat vagy pórusokat képeznek, amelyek áthaladnak a membránon, ahol található, lehetővé téve a megfelelő méretű és töltésű molekulák szabad diffúzióját.

Forrás: hu: Felhasználó: Zephyris

jellemzők

A porinok olyan fehérjék, amelyek transzmembrán csatornákat hoznak létre, és a legtöbb membránon áthaladó fehérjével ellentétben a membránon áthaladó rész α-heliklikus helyett β-lemezekből áll.

Ezeknek az integrált membránfehérjéknek hiányzik a szelektivitás azokon a molekulákban, amelyek áthatolnak rajtuk, vagy bizonyos méretű szelektivitás mutathatók ki a méret és a töltés szempontjából. Megengedhetik egy bizonyos méretnél kisebb molekulák áthaladását is.

A porin lánc poláris régiója a vizes csatornát takaró belső részen található, míg az apoláris rész a hordó külső oldalán kinyúlik, kölcsönhatásba lépve a membrán lipid kettős rétegének hidrofób régiójával.

Az ezen fehérjék által létrehozott csatornákon keresztüli diffúzió a membránon áthaladó molekula vagy anyag koncentráció-gradiensének köszönhető, amely passzív diffúzió, azaz az anyag mozgásához nincs szükség metabolikus energiára.

Ezt a diffúziót olyan specifikus mechanizmusok vezérlik, amelyek nyithatják vagy bezárhatják a csatornát, és különféle vegyületekkel gátolhatók.

Szerkezet

A nyolcvanas évek végén röntgenkrisztallográfiával először meghatározták a porin atomszerkezetét, amely megfelel a Rhodobacter capsulatus sejtmembránjának, amely egy fotoszintetikus baktérium.

Az említett porin egy trimmerből áll, ahol minden egyes monomer egy β-hordót alkot, amely 16 β-lemezt alkot, amelyek egymáshoz gördülnek, és hengeres szerkezetet képeznek, amely képes átjutni a membránon, és benne vízzel töltött pórusokat tartalmaz.

Azóta különféle típusú porinokat írtak le, mind prokarióta, mind eukarióta sejtekből. Mindegyik összekapcsolt β lemezekből áll, amelyek β hordószerű szerkezetet képeznek, és vízzel töltött csatornából, amelynek átmérője 0,6 és 3 nm között lehet.

A mitokondriumokban a porinok 19 β-lemezből állnak, amelyek összecsukva képezik a β-hordót.

Sok baktériumban a porinok 16-18 anti-párhuzamos β-lemezből állnak, amelyek β-hordót képeznek, és hidrogénkötéseket mutatnak a láncban lévő közeli molekulák között.

Funkció

A baktériumok porca, valamint a mitokondriumok és a kloroplasztok membránjai funkcionálisan hasonlóak, hasonlóan működnek, pórusméretük, atomszerkezetük és passzív diffúziós tulajdonságai szempontjából hasonlóak.

A porin-csatorna szélességét a polipeptideknek a szerkezet belső falán való igazítása határozza meg, lehetővé téve az átmenő molekulák méretének korlátozását.

Ezeknek a struktúráknak a hasonlósága megerősíti az endosimbiotikus elméletet, miszerint az eukarióta sejtek mitokondriumai prokarióta organizmusból származnak, amelyet eukarióta sejt prekurzor fagocitózizált.

Eukariótákban

Az eukarióta sejtekben a porinok megtalálhatók a mitokondriumok és a plasztidok külső membránjaiban. A plasztidokban található porineket nagyon kevés tanulmányozta.

A mitokondriumok esetében mitokondriális porinoknak vagy feszültségfüggő anioncsatornáknak (VDAC) nevezik őket. Széles csatornák, megközelítőleg 3 nm átmérőjűek, amelyek a külső membránokban a legnagyobb fehérje alkotóelemet alkotják. Ezek a membránban található összes fehérje kb. 30% -át képviselik.

Legfeljebb 5000 Da permeabilitást generálnak a nem töltött molekulák számára. A mitokondriális porinok lehetővé teszik a kis molekulák, ionok és metabolitok átjutását a membránközi térbe.

Azok a molekulák és ionok, amelyek áthaladnak a membránközi térben, nem haladnak át a belső mitokondriális membránon, mivel nagyobb átjárhatatlansággal rendelkeznek. Ezért a két membrán közötti teret apró molekulákkal és ionokkal töltik be, hasonlóak a citoplazmához.

Prokariótákban

A gram-negatív baktériumokban a külső membrán védőintézkedésként lehetővé teszi számukra, hogy elszigeteljék magukat a környezettől. Ez a membrán porineket tartalmaz, amelyek átjárhatók a baktériumok által igényelt tápanyagok számára.

Körülbelül 100 000 porin található a prokarióta sejt membránjában, amely a szerkezetben levő összes fehérje körülbelül 70% -át képviseli.

A bélbaktériumokban a külső membrán védelmet jelent a külső károsító szerekkel, például antibiotikumokkal, epesókkal és proteázokkal szemben.

A porinok biztosítják a kis hidrofil molekulák felvételét és eltávolítását, ezáltal lehetővé téve a sejt számára a megfelelő működéséhez szükséges tápanyagok előállítását és a hulladéktermékek felszabadítását. Az E. coliban a porinok diszacharidok, foszfátok és más kis molekulák átjutását teszik lehetővé.

Porinok összeállítása eukariótákban és prokariótákban

A mitokondriális porinokat a mitokondriumokba egy TOM nevű protein komplex (a külső mitokondriális membrán transzlokációja) importálja, és beillesztik a SAM komplexbe (fehérjeosztályozó és összeszerelő gépek).

Számos tanulmány írja le, hogy a TOM és a SAM komplexek által kezelt mechanizmusok útján miként importálnak bizonyos bakteriális külső membránfehérjéket az eukarióta sejtek mitokondriumaiba, jelezve, hogy ez a beillesztési folyamat megőrződött a két rendszer között.

A baktériumokban a porineket egy BAM nevű β-hordó összeszerelő berendezés komplexe illesztheti be. Ez a komplex öt proteinből áll, amelyek közül négy lipoprotein.

Bár a porinok beépítési folyamata és szerkezete hasonló az eukarióta és a prokarióta sejtek között, figyelemre méltó különbség az, hogy a prokariótákban ezeknek a szerkezeteknek a beillesztéséhez lipoproteinek jelenléte szükséges.

Másrészt, annak összeállítása a mitokondriális külső membránokban a SAM komplex két kiegészítő proteinjének - a Sam35 és a Sam36 - jelenlététől függ.

Irodalom

1. Alberts, B., Bray, D., Watson, JD, Lewis, J., Roberts, K. és Raff, M. (2002). A sejt molekuláris biológiája. Negyedik kiadás. Ed. Garland Science.
2. Devlin, MT (1993). Biokémia tankönyv kémiai összefüggésekkel. Szerkesztő: John Wiley & Sons, Inc.
3. Lodish, H. (2005). Sejtes és molekuláris biológia. Panamerican Medical Ed.
4. Schirmer, T. és Rosenbusch, JP (1991). Prokarióta és eukarióta porinok. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 1 (4), 539-545.
5. Schulz, GE (1993). Bakteriális porinok: felépítés és funkció. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 5 (4), 701-707.
6. Voet, D. és Voet, JG (2006). Biokémia. Panamerican Medical Ed.
7. Zeth, K., & Thein, M. (2010). Porins prokariótákban és eukariótokban: közös témák és variációk. Biochemical Journal, 431 (1), 13-22.