“跨膜蛋白”是一种跨越整个生物膜一次或多次的蛋白。跨膜蛋白在水中凝聚并沉淀。大多数跨膜蛋白要用[[去污剂]]或非极性[[溶剂提取]],少数贝塔-折筒状蛋白也可以用某些[[变性剂]]提取。
]] 所有的跨膜蛋白是整合[[膜蛋白]](也叫内嵌膜蛋白),但是不是所有的整合膜蛋白都是跨膜蛋白。<ref name="Goodman2008"> ==类型== 跨膜蛋白有两种基本类型:<ref name="Xiong2006">#α-螺旋:这种蛋白存在于细菌细胞的内膜或真核细胞的质膜,也有时存在于真核细胞的外膜。alpha-helical proteins in outer membranes include [[Stannin]] and [http://opm.phar.umich.edu/protein.php?search=2j58 certain lipoproteins], and othersHarvey others这是跨膜蛋白的主要类型。据估计在人体内所有蛋白质的27%是α-螺旋膜蛋白。#β-筒状蛋白。到目前为止,这类蛋白仅在革兰氏阴性细菌的外膜、革兰氏阳性细菌的细胞壁、以及线粒体和染色质的外膜上发现。所有的β-筒状跨膜蛋白都有最简单的上-和-下拓扑学结构,这可以反映出他们共同的进化起源和相似的折叠机制。另一种分类是根据其N- 和C-末端结构域的位置。I、II、III型为一次跨膜蛋白,而IV型是多次跨膜蛋白。I型跨膜蛋白用停止-传输锚定序列锚定到脂质膜上,并且,其N-末端结构域在合成时瞄准于ER腔(内质网腔,并且,如果成熟形式是位于质膜上,则N-末端结构域则瞄准于细胞外间隙。II型和III型用信号锚定序列锚定。II型用其C-末端结构域瞄准ER腔,而III型有其N-末端结构域瞄准ER腔。IV型有两个亚型-IV-A和IV-b。IV-A用其N-末端结构域瞄准细胞质,而IV-B则用其N-末端瞄准腔。Harvey Lodish etc.; Molecular Cell Biology, Sixth edition, p.546546划分成四种类型的意义特别显示于转运和内质网束缚的翻译时。此时,蛋白必须根据类型决定其通过内质网膜的方向。 ==热力学稳定性和折叠== === α-螺旋跨膜蛋白的稳定性=== 从[[热变性]]研究判定α-螺旋跨膜蛋白通常是稳定的,因为在膜内它们不完全解折叠(在非极性介质中的完全展开需要断裂太多的α-螺旋H-键)。另一方面,这些蛋白很容易“错折叠”,因为在膜中的非天然聚集转化成熔球态,形成非天然的[[双硫键]],或者外周区域和不规则环的解折叠,这些解使局部稳定性降低。。 恰当地定义“解折叠态”也很重要。在去污剂[[胶束]]中的膜蛋白的“解折叠态”不同于热变性实验中的“解折叠态”。在去污剂中的状态代表了折叠的疏水α-螺旋和去污剂覆蓋的部分解折叠片段。例如,在[[十二烷基磺酸钠]](SDS)胶束中的“解折叠”的[[细菌]][[视紫红质]]有四个折叠的跨膜α-螺旋,而其余的蛋白则位于胶束-水界面并且可取不同的非天然的两性分子的结构类型。在这样的去污剂[[失活]]的和天然态之间的自由能差相似于[[水溶性]]蛋白的稳定性(< 10 kcal/mol)。 ===α-螺旋跨膜蛋白的折叠=== α-螺旋跨膜蛋白在体外(''in vitro'')的再折叠在技术上是困难的。有相对较少的成功再折叠实验的例子,比如像对细菌视紫红质的实验。在体内(in vivo)通常所有这样的蛋白是在大的膜[[易位子]](translocon)中翻译折叠的。易位子通道对新生的跨膜α-螺旋提供了一种高度[[异质]]的环境。相对极性的两性α-螺旋可以接受在易位子中的跨膜定向(尽管它可能是在膜表面或“在体外”解折叠),因为它的极性[[残基]]可以面对中心充水的易位子通道。这样的机制对于将极性的α-螺旋结合到跨膜蛋白的结构中是必需的。如果蛋白保持解折叠和附着在易位子上的时间太长,它会被专门的“质量控制”细胞体系所降解。 ===β-筒状蛋白的稳定性和折叠=== 根据[[化学]]变性研究,β-筒状蛋白的稳定性与水溶性蛋白的稳定性相似。它们“在体内”的折叠被水溶性分子伴侣如,蛋白Skp[http://faculty.virginia.edu/tamm/pages/BBA_Folding_Review.pdf]所易化。 ==三维(3D)结构== ===光吸收驱动的转运蛋白===*像细菌视紫红质那样的蛋白包括视紫红质(也参见[[opsin]])[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=6 OPM database Rhodopsin-like proteins]* 细菌光合反应中心以及光合系统I和II[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=2 OPM database Photosynthetic reaction centers and photosystems]*来自于细菌和叶绿体中的捕光复合物[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=1 OPM database Light-harvesting complexes] ===[[氧化还原]]驱动的转运蛋白===*跨膜细胞色素b样蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=3 OPM database Transmembrane cytochrome b like]:辅酶Q-细胞色素c还原酶(细胞色素bc1);细胞色素b6f复合物;甲酸脱氢酶、呼吸硝酸还原酶;琥珀酸-辅酶Q还原酶(延胡索酸还原酶);和琥珀酸脱氢酶。见电子传输链。*来自细菌和线粒体的细胞色素c氧化酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=4 OPM database Cytochrome c oxidases] ===[[电化学势]]驱动的转运蛋白===*质子或钠易位F-型和V-型ATP酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=5] ===P-P-键水解驱动的转运蛋白===* P-型钙ATP酶(5种构象)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=22]*钙ATP酶调控子受磷蛋白和肌脂蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=70]* ABC转运蛋白:[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=17 BtuCD], [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=18 multidrug transporter], and [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=198 molybdate uptake transporter]*普通次级途径(Sec)易位子(前蛋白转位酶SecY)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=19] ===转运子(单一转运子,协同转运子,反向转运子)===*线粒体运载蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=21]*主要的易化因子超家族(Major Facilitator Superfamily,甘油-3-磷酸转运子、乳糖透性酶、和多药转运子(Multidrug transporter EmrD)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=15]*耐药节结化细胞分化家族(Resistance-nodulation-cell division family,多药外排转运子AcrB,见多药耐药)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=16]*二羧酸/氨基酸:阳离子协同转运子(质子谷氨酸协同转运子)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=20]*单价阳离子/质子反向转运子(钠/质子反向转运子1 NhaA) [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=66]*神经递质钠协同转运子[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=67]*氨转运子[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=13]*药物/代谢转运子(小型多药抗药转运子EmrE-结构回收错误)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=77] ===阿拉发-螺旋通道包括[[离子通道]]===*电压门离子通道如:包括钾通道KcsA和KvAP,和内向整流钾离子通道Kirbac [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=8]*大传导性机械式感应通道,(MscS)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=12]*机械式感应通道|小传导性机械式感应通道(MscS)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=11]*镁传输子|CorA金属离子传输子[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=72]*神经递质受体的配位体门离子通道(乙酰胆堿受体)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=14]*水通道蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=7]*氯通道[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=10]*外膜辅助蛋白(多糖传输子)[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=188]来自细菌外膜的α-螺旋跨膜蛋白 ===带阿拉发-螺旋跨膜锚定的蛋白===*T细胞受体跨膜二聚化区域[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=187]*细胞色素c亚硝酸还原酶复合物[http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=2j7a]*磺基氢化酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=24]*Stannin [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=180]*血型糖蛋白A二聚体[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=25]*丝状病毒(丝状噬菌体)主要包衣蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=73]*菌毛蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=74]*肺表面活性剂相关的蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=75]*单胺氧化酶A和B [http://opm.phar.umich.edu/families.php?family=176],*脂肪酸胺水解酶<ref name="pmid12459591">*细胞色素CP450氧化酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=41]*盐皮质激素|皮质类固醇11β-脱氢酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=127]*信号肽肽酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=178]*专用于人类红细胞膜整合蛋白(stomatin)类似物的膜蛋白酶[http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=2deo] ===[[酶类]]===*甲烷单氧化酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=23]*扁菱形蛋白酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=186]*[双硫键形成蛋白(DsbA-DsbB复合物)[http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=2hi7] ===带阿拉发-螺旋跨膜锚定的蛋白===*T细胞受体跨膜二聚化区域[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=187]*细胞色素c亚硝酸还原酶复合物[http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=2j7a]*磺基氢化酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=24]*Stannin [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=180]*血型糖蛋白A二聚体[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=25]*丝状病毒(丝状噬菌体)主要包衣蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=73]*菌毛蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=74]*肺表面活性剂相关的蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=75]*单胺氧化酶A和B [http://opm.phar.umich.edu/families.php?family=176],*脂肪酸胺水解酶<refname="pmid12459591"> *细胞色素CP450氧化酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=41]*盐皮质激素|皮质类固醇11β-脱氢酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=127]*信号肽肽酶[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=178]*专用于人类红细胞膜整合蛋白(stomatin)类似物的膜蛋白酶[http://opm.phar.umich.edu/protein.php?pdbid=2deo] ===由单[[肽链]]组成的β-筒状蛋白 ===*来自于八个贝塔-折叠链并且剪切次数(shear number)为10的贝塔筒状蛋白(''n=8, S=10'') [http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=26]. 它们包括,:**OmpA-样跨膜区域(OmpA),**病毒毒力相关的外膜蛋白家族(OmpX),**外膜蛋白W家族(OmpW),**抗菌肽耐药性和脂质A酰化作用蛋白家族(PagP)**脂质A脱酰化酶PagL,和**透明质家族孔蛋白(NspA)*自主转运蛋白结构域(''n=12,S=14')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=28]* FadL外膜蛋白转运家族,包括脂肪酸转运蛋白FadL(''n=14,S=14'')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=30]* 普通细菌孔蛋白家族也叫三聚体(''n=16,S=20'')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=31]* 麦芽糖孔蛋白或糖孔蛋白(''n=18,S=22'')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=32]* 核苷特异孔蛋白(''n=12,S=16'')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=71]* 外膜磷脂酶A1(''n=12,S=16'')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=29]*TonB-依赖性受体和它们的TonB-依赖性受体#塞式结构域。它们是配体门控制外膜通道(''n=22,S=24''),包括钴胺转运蛋白BtuB、Fe (III) -绿脓杆菌螯铁蛋白受体FptA、三价铁羟肟酸摄取受体FhuA、转运子FecA、和荧光嗜铁素pyoverdine受体FpvA。[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=33]*外膜蛋白OpcA家族(''n=10,S=12'')包括外膜蛋白酶OmpT和黏附素/侵袭素OpcA蛋白[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=27]*外膜蛋白G孔蛋白家族(''n=14,S=16'')[http://opm.phar.umich.edu/families.php?superfamily=181] 注释:''n''和''S''分别代表贝塔折叠链的数目和剪切次数 of the beta-barrel
===由几个肽链组成的β-筒状蛋白===