Protein membran perifer

Protein membran perifer, atau protein membran ekstrinsik,[1] adalah protein membran yang melekat ke membran biologis secara sementara. Protein ini melekat ke protein membran integral atau mempenetrasi daerah perifer dari dwilapis lipid. Contoh dari protein ini misalnya subunit protein pengatur dari banyak saluran ion dan reseptor transmembran. Berbeda dengan protein membran integral, protein ini cenderung terkumpul di komponen yang larut air atau fraksi dari seluruh protein yang diekstraksi selama prosedur pemurnian protein. Namun, protein dengan jangkar GPI tidak memiliki kecenderungan tadi, perilaku mereka bisa mirip dengan protein membran integral ketika dimurnikan.

Pengikatan protein membran perifer yang bersifat reversibel telah dikaitkan dengan regulasi persinyalan sel dan banyak peristiwa biologis penting lainnya.[2] Sebagai contoh, hubungan erat antara banyak enzim dan membran biologis dapat membawa mereka mendekat dengan substrat lipidnya.[3] Pengikatan membran juga dapat mendorong penataan ulang, disosiasi, atau perubahan konformasi dalam banyak domain protein struktural sehingga mengaktivasi aktivitas biologis mereka.[4][5] Selain itu, posisi dari banyak protein membran perifer cenderung terlokalisasi ke permukaan dalam, permukaan luar, atau selebaran membran tempatnya berada.[6] Hal ini memfasilitasi perakitan kompleks multi-protein dengan meningkatkan kemungkinan adanya interaksi protein-protein yang diperlukan.

Representasi berbagai jenis interaksi antara protein membran monotopik dengan membran sel.

Penempelan ke dwilapis lipid

Domain PH dari fosfolipase C delta 1. Bidang tengah dwilapis lipid – titik hitam. Batas daerah inti hidrokarbon – titik biru (sisi intraseluler). Lapisan fosfat lipid – titik kuning.

Protein membran perifer bisa berinteraksi dengan protein lain atau secara langsung dengan dwilapis lipid (disebut protein amfitropik).[4] Beberapa protein, seperti protein-G atau protein kinase tertentu, berinteraksi dengan protein transmembran sekaligus dengan dwilapis lipid secara bersamaan. Beberapa hormon polipeptida, peptida antimikrobial, dan neurotoksin akan terakumulasi di permukaan membran sebelum menemukan dan berinteraksi dengan target reseptor di permukaan sel (bisa saja merupakan protein membran perifer).

Dwilapis lipid yang membentuk permukaan sel terdiri dari daerah inti hidrofobik bagian dalam yang diapit oleh dua daerah hidrofilik, satu di permukaan bagian dalam sel dan satu lagi di permukaan luar sel. Permukaan dalam dan luar dari model dwilapis lipid diketahui memiliki ketebalan sekitar 8 hingga 10 Å. Namun, ada pengecualian untuk membran biologis yang memiliki gangliosida atau lipopolisakarida dalam jumlah banyak.[7] Daerah inti hidrofobik bagian dalam dari membran biologis umum memiliki ketebalan antara 27 hingga 32 Å dari hasil pengukuran dengan Small Angle X-Ray Scattering (SAXS).[8] Batas antara daerah inti hidrofobik bagian dalam dengan daerah hidrofolik sangat tipis, sekitar 3 Å. Konsentrasi efektif dari air dengan cepat berubah di sepanjang lapisan pembatas (dari mendekati nol hingga 2 M) seiring kita menjauh dari daerah inti hidrofobik ke daerah hidrofilik.[9][10] Grup fosfat yang terdapat di dwilapis lipid umumnya sepenuhnya terhidrasi dan terletak di 5 Å di luar batas daerah inti hidrofobik.[11]

Beberapa protein larut-air berikatan dengan dwilapis lipid secara permanen dan dapat membentuk transmembran alpha-helical atau saluran barel-beta. Transformasi seperti itu terjadi di pori pembentuk toksin seperti colicin A, hemolisin-alpha, dan lain-lain. Peristiwa ini juga dapat terjadi di protein mirip BcL-2, beberapa peptida antimikrobial amfifilik, dan aneksin tertentu. Protei ini umumnya dideskripsikan sebagai perifer karena salah satu wujud konformasi mereka berupa larut-air dan berikatan longgar dengan membran.[12]

Mekanisme penempelan ke membran

Racun lebah phospholipase A2 (1poc). Bidang tengah dwilapis lipid – titik hitam. Batas daerah inti hidrokarbon – titik biru (sisi intraseluler). Lapisan fosfat lipid – titik kuning.

Keterikatan protein dengan dwilapis lipid dapat melibatkan perubahan yang signifikan dalam struktur tersier protein. Hal ini dapat mencakup pelipatan dari daerah protein struktur yang tadinya tidak terlipat atau penataan ulang bagian yang terlibat dalam pelipatan atau pelipatan ulang dari protein. Selain itu, bisa pula melibatkan pembentukan atau disosiasi struktur kuartener protein atau kompleks oligomer dan penempelan ion, ligan, atau lipid pengatur tertentu.

Protein amfitropik harus berinteraksi kuat denga dwilapis lipid untuk melakukan fungsi biologis mereka. Fungsi ini termasuk pemrosesan enzimatik dari lipid dan zat hidrofobik lain, penjangkaran membran, dan penempelan serta transfer senyawa nonpolar antarmembran sel yang berbeda. Protein-protein ini dapat ditancapkan ke dwilapis lipid berkat: interaksi hidrofobik antara dwilapis lipid dan residu nonpolar yang tersedia di permukaan protein,[13] interaksi penempelan nonkovalen tertentu dengan lipid pengatur, atau melalui keterkiatan mereka dengan jangkar lipid yang terikat secara ovalen.

Penelitian menunjukkan bahwa afinitas penempelan membran dari banyak protein perifer bergantung pada komposisi lipid membran yang akan mereka tempeli.[14]

Protein amfitropik menempel ke struktur jangkar hidrofobik.

Pengikatan hidrofobik nonspesifik

Protein amfitrofik dapat terikat dengan dwilapis lipid melalui berbagai struktur jangkar hidrofobik, misalnya α-helix amfifilik, loop nonpolar terbuka, residu asam amino yang terlipidasi atau terasilasi pascatranslasi, atau rantai asil yang secara spesifik menempel ke lipid pengatur seperti fosfat fosfatidilinositol. Penelitian telah menunjukkan bahwa interaksi hidrofobik penting bahkan untuk peptida tinggi kation dan protein, seperti domain polibasa protein MARCKS atau histaktopilin ketika jangkar alaminya tersedia.[15]

Kategori

Enzim

Enzim perifer berperan dalam metabolisme berbagai komponen membran, seperti lipid (fosfolipase dan oksidase kolestrol), oligosakarida dinding sel (glikosiltransferase dan transglikosidase), atau protein (peptidase persinyalan dan palmitoil protein tioesterase). Lipase juga dapat memproses lipid yang membentuk misel dan droplet nonpolar di air.

Domain penarget-membran

Domain C1 dari PKC-delta (1ptr). Bidang tengah dwilapis lipid – titik hitam. Batas daerah inti hidrokarbon – titik biru (sisi intraseluler). Lapisan fosfat lipid – titik kuning.

Domain penarget-membran berikatan secara spesifik dengan gugus kepala ligan lipidnya yang tertanam ke membran. Ligan lipid ini terdapat dalam konsentrasi yang berbeda-beda pada berbagai jenis membran biologis (misalnya PtdIns3P bisa ditemukan di membran endosom awal, PtdIns(3,5)P2 di membran endosom akhir, dan PtdIns4P di badan golgi).[16]

Domain struktural

Domain struktural memediasi keterikatan protein lain dengan membran. Penempelan mereka ke membran bisa dimediasi oleh ion kalsium (Ca^2+) yang membentuk jembatan dengan residu protein asam dan grup fosfat dari lipid, seperti pada aneksin atau domain GLA.

Kelas	Fungsi	Fisiologi
Aneksin	Penempelan fosfolipid/membran intraseluler yang dependen-kalsium.	Pengaturan lalu lintas vesikel, penyatuan membran, dan pembentukan saluran ion.
Sinapsin I	Melapisi vesikel sinaptik dan menempel ke beberapa elemen sitoskeletal.[17]	Regulasi pelepasan neurotransmiter..
Sinuklein	Fungsi selulernya tidak diketahui.[18]	Diperkirakan berperan dalam meregulasi stabilitas dan/atau pergantian membran plasma. Diasosiasikan dengan penyakit Parkinson dan Alzheimer.
Domain GLA dari sistem penggumpalan darah	Domain GLA bertanggung jawab untuk tingginya afinitas penempelan ion kalsium.[19]	Terlibat dalam fungsi faktor penggumpalan dalam peristiwa penggumpalan darah.
Spektrin dan α-actinin-2	Ditemukan di beberapa sitoskeletal dan protein mikrofilamen.[20]	Pemeliharaan integritas membran plasma dan struktur sitoskeletal.

Pembawa molekul hidrofobik kecil

Protein membran perifer berfungsi sebagai pembawa senyawa nonpolar untuk transpor antarmembran sel atau antarmembran dan kompleks protein sitosolik. Zat yang ditranspor antara lain fosfatidilinositol, tokoperol, gangliosida, glikolipid, turunan sterol, retinol, asam lemak, air, makromolekul, sel darah merah, fosfolipid, dan nukleotida.

Pembawa elektron

Protein ini terlibat dalam rantai transpor elektron, termasuk sitokrom c, cupredoxin, protein besi berpotensial tinggi, reduktasi adrenodoxin, beberapa flavoprotein, dan lain-lain.

Hormon polipeptida, toksin, dan peptida antimikrobial

Banyak hormon, toksin, inhibitor, atau peptida mikrobial yang berinteraksi secara spesifik dengan kompleks protein transmembran. Mereka juga bisa terakumulasi di permukaan dwilapis lipid sebelum menempel ke protein target.

Beberapa protein larut-air dan peptida juga bisa membentuk saluran transmembran. Mereka umumnya mengalami oligomerisasi, perubahan konformasi yang signifikan, dan terasosiasi dengan membran secara permanen. Pada beberapa kasus lain, struktur eksperimental dari saluran transmembran merepresentasikan konformasi larut-air yang berinteraksi dengan dwilapis lipid secara perifer, meskipun beberapa peptida pembentuk-saluran justru hidrofobik.

Lihat juga

• Lipoprotein
• Protein membran
• Protein membran integral
• Dwilapis lipid

Referensi

1. "extrinsic protein | biology | Britannica". www.britannica.com (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2022-07-04. 
2. Cafiso DS (2005). "Structure and interactions of C2 domains at membrane surfaces". Dalam Tamm LK. Protein-Lipid Interactions: From Membrane Domains to Cellular Networks. Chichester: John Wiley & Sons. hlm. 403–22. ISBN 3-527-31151-3. 
3. Ghosh M, Tucker DE, Burchett SA, Leslie CC (November 2006). "Properties of the Group IV phospholipase A2 family". Progress in Lipid Research. 45 (6): 487–510. doi:10.1016/j.plipres.2006.05.003. PMID 16814865.  Parameter |name-list-style= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
4. Johnson JE, Cornell RB (2002). "Amphitropic proteins: regulation by reversible membrane interactions (review)". Molecular Membrane Biology. 16 (3): 217–235. doi:10.1080/096876899294544 . PMID 10503244. 
5. Thuduppathy GR, Craig JW, Kholodenko V, Schon A, Hill RB (June 2006). "Evidence that membrane insertion of the cytosolic domain of Bcl-xL is governed by an electrostatic mechanism". Journal of Molecular Biology. 359 (4): 1045–1058. doi:10.1016/j.jmb.2006.03.052. PMC 1785297 . PMID 16650855. 
6. Takida S, Wedegaertner PB (June 2004). "Exocytic pathway-independent plasma membrane targeting of heterotrimeric G proteins". FEBS Letters. 567 (2–3): 209–213. doi:10.1016/j.febslet.2004.04.062 . PMID 15178324.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
7. McIntosh TJ, Vidal A, Simon SA (2003). "The energetics of peptide-lipid interactions: modification by interfacial dipoles and cholesterol". Current Topics in Membranes. 52. Academic Press. hlm. 205–253. ISBN 978-0-12-643871-0. 
8. Mitra K, Ubarretxena-Belandia I, Taguchi T, Warren G, Engelman DM (March 2004). "Modulation of the bilayer thickness of exocytic pathway membranes by membrane proteins rather than cholesterol". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (12): 4083–4088. Bibcode:2004PNAS..101.4083M. doi:10.1073/pnas.0307332101 . PMC 384699 . PMID 15016920. 
9. Marsh D (July 2001). "Polarity and permeation profiles in lipid membranes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (14): 7777–7782. Bibcode:2001PNAS...98.7777M. doi:10.1073/pnas.131023798 . PMC 35418 . PMID 11438731. 
10. Marsh D (December 2002). "Membrane water-penetration profiles from spin labels". European Biophysics Journal. 31 (7): 559–562. doi:10.1007/s00249-002-0245-z. PMID 12602343.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
11. Nagle JF, Tristram-Nagle S (November 2000). "Structure of lipid bilayers". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Biomembranes. 1469 (3): 159–195. doi:10.1016/S0304-4157(00)00016-2. PMC 2747654 . PMID 11063882. 
12. Goñi FM (2002). "Non-permanent proteins in membranes: when proteins come as visitors (Review)". Molecular Membrane Biology. 19 (4): 237–245. doi:10.1080/0968768021000035078. PMID 12512770.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
13. Goforth RL, Chi AK, Greathouse DV, Providence LL, Koeppe RE, Andersen OS (May 2003). "Hydrophobic coupling of lipid bilayer energetics to channel function". The Journal of General Physiology. 121 (5): 477–493. doi:10.1085/jgp.200308797. PMC 2217378 . PMID 12719487. 
14. McIntosh TJ, Simon SA (2006). "Roles of bilayer material properties in function and distribution of membrane proteins". Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 35 (1): 177–198. doi:10.1146/annurev.biophys.35.040405.102022. PMID 16689633. 
15. Hanakam F, Gerisch G, Lotz S, Alt T, Seelig A (August 1996). "Binding of hisactophilin I and II to lipid membranes is controlled by a pH-dependent myristoyl-histidine switch". Biochemistry. 35 (34): 11036–11044. doi:10.1021/bi960789j. PMID 8780505. 
16. Cho W, Stahelin RV (June 2005). "Membrane-protein interactions in cell signaling and membrane trafficking". Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 34: 119–151. doi:10.1146/annurev.biophys.33.110502.133337. PMID 15869386.  Parameter |name-list-style= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
17. "Pfam entry Synapsin N". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-09-26. Diakses tanggal 2007-01-25.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
18. "Pfam entry Synuclein". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-09-26. Diakses tanggal 2007-01-25.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
19. "Pfam entry Spectrin". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-09-26. Diakses tanggal 2007-01-25.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
20. "Pfam entry Spectrin". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-09-26. Diakses tanggal 2007-01-25.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)