Порин (білок)
Порини — бактеріальні білки які полегшують дифузію (проникнення) низькомолекулярних речовин через важкопроникну клітинну мембрану.[1] На відміну від багатьох інших мембранних транспортних білків, порини є досить великими щоб дозволити пасивну дифузію; таким чином вони виступають як проникні канали, спечифічні для різних типів молекул. Вони присутні у зовнішній мембрані Грам-негативних бактерій та деяких Грам-позитивних мікобактерій, зовнішній мембрані мітохондрій та зовнішній мембрані хлоропластів.
Будова
ред.Порини мають циліндричну форму та складаються з бета-листів (β-листів), які з'єднані між собою бета-поворотами на цитоплазматичній стороні та довгими амінокислотними петлями на зовнішній стороні. Бета-шари орієнтовані антипаралельно і утворюють циліндричну трубку, яку називають бета-бочкою (β-діжка).[2] Амінокислотний склад β-ланцюгів поринів унікальний тим, що вздовж них чергуються полярні та неполярні залишки. Це означає, що неполярні залишки спрямовані назовні, щоб взаємодіяти з неполярними ліпідами зовнішньої мембрани, тоді як полярні залишки стикаються всередину до центру бета-діжки для створення водного каналу. Конкретні амінокислоти в каналі визначають специфічність порину для різних молекул.
Кількість бета-листів може варіюватися від до цілих двадцяти двох. Окремі листи з'єднуються між собою петлями і витками.[3] Більшість поринів є мономерними білками. Деякі порини можуть утворювати димери, а інколи навіть октамери.[4] Залежно від розміру порину, внутрішня частина білка може бути наповнена водою, мати до двох β-ланцюгів, складених назад, або містити невеликий додатковий білковий домен в якості «пробки», яка також складається з β-ланцюгів і контролює проникність центрального каналу.
Також порини можуть утворювати гомотримери в зовнішній мембрані, утворюючи суперструктуру пор з трьома каналами.[5] Водневі зв'язки та диполь-дипольні взаємодії між кожним мономером у гомотримері забезпечують стабільність комплексу у зовнішній мембрані.
Функції у клітині
ред.Порини в основному беруть участь у пасивному транспортуванні гідрофільних молекул різної величини та заряду крізь мембрану.[6] Крім того, порини можуть регулювати проникність і запобігати лізису, обмежуючи потрапляння детергентів у клітину.
Порини можна класифікувати на дві групи: неселективні та селективні. Неселективні порини не мають специфічного субстрату для переносу, хоча деякі виявляють незначні селективність до позитивно або негативно заряджених молекул.[6] Селективні порини менше за розміром, ніж неселективні, і мають високу селективність для переносу певних молекул. Факторами що визначають селективність певного порину є внутрішний діаметер каналу, а також амінокислотні залишками, що складають центральну порожнину.[5]
У Грам-негативних бактерій внутрішня мембрана є головним бар'єром проникності.[7] Зовнішня мембрана більш проникна для гідрофільних речовин, завдяки наявності поринів.[5] Як правило, лише речовини з молекулярною масою менше 600 дальтон можуть дифундувати крізь них.[6]
Різноманітність
ред.Порини були вперше виявлені у Грам-негативних бактеріях. Пізніше вони були відкриті у Грам-позитивних бактерій.[8] Порини Грам-позитивних бактерій виконують подібні транспортні функції, але при цьому є менш різноманітними порівняно з поринами Грам-негативних бактерій. У Грам-позитивних бактерій відсутня зовнішня мембрана, тому порини приєднані до певних ліпідів клітинної стінки.[9]
Порини є також у еукаріотів, зокрема у зовнішніх мембранах мітохондрій та хлоропластів .[8][7] Органели містять неселективні порини, які структурно і функціонально схожі на бактеріальні. Ці подібності підтверджують ендосимбіотичну теорію, відповідно до якої еукаріотичні органели виникли у минулому з примітивних Грам-негативних бактеріальних симбіонтів.
Археї містять також іонні канали, що походять від неспецифічних поринів.[9] Канали знаходяться в клітинній стінці і полегшують дифузію поживних речовин всередину клітини.
Роль у стійкості до антибіотиків
ред.Багато антибіотиків, які використовуються для лікування бактеріальних інфекцій, проникають в бактерії крізь порини. Однак, завдяки еволюційному тиску, бактерії можуть розвивати резистентність до антибіотиків через мутації генів поринів.[5] Мутації можуть призвести до втрати пор, внаслідок чого антибіотики втрачають здатність проникати всередину бактерій. Цей молекулярний механізм є одним з головних що призвели до кризи стійкості до антибіотиків та збільшенню смертності від інфекцій.
Відкриття
ред.Відкриття порин приписується Хіросі Нікайдо, якого також називали першим «поринологом».[10]
Список літератури
ред.- ↑ MeSH Porins
- ↑ Schirmer T (1998). General and specific porins from bacterial outer membranes. Journal of Structural Biology. 121 (2): 101—9. doi:10.1006/jsbi.1997.3946. PMID 9615433.
- ↑ Tamm LK, Hong H, Liang B (November 2004). Folding and assembly of beta-barrel membrane proteins. Biochimica et Biophysica Acta. 1666 (1-2): 250—63. doi:10.1016/j.bbamem.2004.06.011. PMID 15519319.
- ↑ Faller M, Niederweis M, Schulz GE (February 2004). The structure of a mycobacterial outer-membrane channel. Science. 303 (5661): 1189—92. doi:10.1126/science.1094114. PMID 14976314.
- ↑ а б в г Galdiero S, Falanga A, Cantisani M, Tarallo R, Della Pepa ME, D'Oriano V, Galdiero M (December 2012). Microbe-host interactions: structure and role of Gram-negative bacterial porins. Current Protein & Peptide Science. 13 (8): 843—54. doi:10.2174/138920312804871120. PMC 3706956. PMID 23305369.
- ↑ а б в Novikova OD, Solovyeva TF (2009). Nonspecific Porins of the Outer Membrane of Gram-Negative Bacteria: Structure and Functions. Biologicheskie Membrany. 3 (1): 3—15. doi:10.1134/S1990747809010024.
- ↑ а б Porins from Mitochondrial and Bacterial Outer Membranes: Structural and Functional Aspects. Anion Carriers of Mitochondrial Membranes. Berlin, Heidelberg: Springer. 1989. с. 199—214. doi:10.1007/978-3-642-74539-3_16. ISBN 978-3-642-74541-6.
- ↑ а б Yen MR, Peabody CR, Partovi SM, Zhai Y, Tseng YH, Saier MH (May 2002). Protein-translocating outer membrane porins of Gram-negative bacteria. Biochimica et Biophysica Acta. 1562 (1-2): 6—31. doi:10.1016/s0005-2736(02)00359-0. PMID 11988218.
- ↑ а б Besnard M, Martinac B, Ghazi A (January 1997). Voltage-dependent porin-like ion channels in the archaeon Haloferax volcanii. The Journal of Biological Chemistry. 272 (2): 992—5. doi:10.1074/jbc.272.2.992. PMID 8995393.
{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Klebba PE (December 2005). The porinologist. Journal of Bacteriology. 187 (24): 8232—6. doi:10.1128/JB.187.24.8232-8236.2005. PMC 1317029. PMID 16321927.