PORINS: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG VÀ LẮP RÁP - SINH HỌC - 2025

Các porin là một loại protein màng tích hợp cho phép sự khuếch tán của nhiều loại phân tử kích thước trung bình khác nhau. Chúng được tìm thấy trên màng ngoài của vi khuẩn gram âm (như ở E. coli) và của ti thể và lục lạp. Các protein xuyên màng này hoàn toàn xuyên qua màng và cấu trúc của chúng được tạo thành từ các tấm β.

Không giống như protein vận chuyển, porin là protein kênh, nghĩa là, chúng tạo thành các kênh mở hoặc lỗ xuyên qua màng nơi nó nằm, cho phép sự khuếch tán tự do của các phân tử có kích thước và điện tích thích hợp.

Nguồn: vi: Người dùng: Zephyris

nét đặc trưng

Porin là các protein tạo ra các kênh xuyên màng và, không giống như hầu hết các protein đi qua màng, phần vượt qua màng được tạo thành từ các tấm β thay vì xoắn α.

Các protein màng tích hợp này có thể thiếu tính chọn lọc đối với các phân tử sẽ đi qua chúng, hoặc chúng có thể thể hiện mức độ chọn lọc nhất định đối với kích thước và điện tích. Chúng cũng có thể cho phép các phân tử nhỏ hơn một kích thước nhất định đi qua.

Vùng cực của chuỗi porin được tìm thấy ở bên trong bao phủ kênh nước, trong khi phần cực chiếu ra bên ngoài thùng, tương tác với vùng kỵ nước của lớp kép lipid của màng.

Sự khuếch tán qua các kênh được tạo thành bởi các protein này là do gradien nồng độ của phân tử hoặc chất đi qua màng và là sự khuếch tán thụ động, nghĩa là nó không cần năng lượng chuyển hóa cho sự di chuyển của chất.

Sự khuếch tán này được kiểm soát bởi các cơ chế cụ thể có thể mở hoặc đóng kênh và có thể bị ức chế bởi các hợp chất khác nhau.

Kết cấu

Vào cuối những năm 1980, bằng phương pháp tinh thể học tia X, lần đầu tiên người ta xác định được cấu trúc nguyên tử của porin, tương ứng với màng tế bào của Rhodobacter capsulatus, một vi khuẩn quang hợp.

Porin cho biết bao gồm một trimer, trong đó mỗi monome tạo thành một thùng β với 16 tấm β cuộn lại với nhau, tạo thành một cấu trúc hình trụ có khả năng đi qua màng và chứa một lỗ rỗng chứa đầy nước bên trong.

Nhiều loại porin khác nhau đã được mô tả kể từ đó, cả từ tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực. Tất cả chúng đều bao gồm các tấm β ghép lại tạo thành cấu trúc giống như thùng β và một kênh chứa đầy nước có thể đo đường kính từ 0,6 đến 3nm.

Trong ti thể, porin bao gồm 19 tấm β mà khi xếp lại với nhau tạo thành thùng β.

Ở nhiều vi khuẩn, porin được cấu tạo từ 16 đến 18 tấm β chống song song tạo thành thùng β, thể hiện liên kết hydro giữa các phân tử lân cận dọc theo chuỗi.

Chức năng

Các lỗ của vi khuẩn và màng của ti thể và lục lạp giống nhau về chức năng, hoạt động theo một cách tương tự, do chúng giống nhau về kích thước lỗ, cấu trúc nguyên tử và đặc tính khuếch tán thụ động.

Chiều rộng của kênh porin được xác định bởi sự liên kết của các polypeptit trên thành trong của cấu trúc, cho phép hạn chế kích thước của các phân tử đi qua chúng.

Sự giống nhau của các cấu trúc này củng cố lý thuyết nội cộng sinh, theo đó các ti thể của tế bào nhân thực đến từ một sinh vật nhân sơ đã được thực bào bởi tiền thân tế bào nhân thực.

Ở sinh vật nhân chuẩn

Trong tế bào nhân thực, porin được tìm thấy ở màng ngoài của ti thể và plastids. Các porin được tìm thấy trong plastids đã được nghiên cứu rất ít.

Trong trường hợp của ty thể, chúng được gọi là các porin ty thể hoặc kênh anion tạo điện thế (VDAC). Chúng là những kênh rộng với đường kính khoảng 3nm tạo nên thành phần protein lớn nhất ở màng ngoài. Chúng đại diện cho khoảng 30% tổng số protein trong màng này.

Chúng tạo ra tính thẩm thấu đối với các phân tử không tích điện lên đến 5000 Da. Các porin ty thể cho phép các phân tử nhỏ, ion và chất chuyển hóa đi vào không gian màng tế bào.

Các phân tử và ion vượt qua không gian nội màng không đi qua màng trong của ty thể, vì nó có tính không thấm lớn hơn. Do đó, không gian giữa hai màng chứa đầy các phân tử và ion nhỏ, tương tự như tế bào chất.

Ở sinh vật nhân sơ

Ở vi khuẩn gram âm, một lớp màng bên ngoài cho phép chúng tự cách ly khỏi môi trường như một biện pháp bảo vệ. Màng này chứa các porin có khả năng thấm các chất dinh dưỡng mà vi khuẩn yêu cầu.

Khoảng 100.000 porin có thể được tìm thấy trong màng tế bào nhân sơ, chiếm khoảng 70% tổng số protein trong cấu trúc đó.

Ở vi khuẩn đường ruột, màng ngoài thể hiện sự bảo vệ chống lại các tác nhân gây hại bên ngoài như kháng sinh, muối mật và protease.

Porins đảm bảo việc hấp thụ và loại bỏ các phân tử nhỏ ưa nước, do đó cho phép tế bào nhận được các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động bình thường của nó và có thể tự giải phóng các chất thải. Ở E. coli, porin cho phép di chuyển disaccharid, photphat và các phân tử nhỏ khác.

Hội các porin ở sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ

Các porins ty thể được nhập vào ty thể bởi một phức hợp protein gọi là TOM (bộ chuyển tử của màng ngoài ty thể) và được đưa vào bởi phức hợp SAM (máy phân loại và lắp ráp protein).

Nhiều nghiên cứu đã mô tả cách một số protein màng ngoài của vi khuẩn được nhập vào ty thể của tế bào nhân chuẩn theo cơ chế được quản lý bởi phức hợp TOM và SAM, cho thấy rằng quá trình chèn này đã được bảo tồn giữa hai hệ thống.

Ở vi khuẩn, porin được chèn vào bởi một phức hợp được sở hữu bởi máy móc lắp ráp thùng β gọi là BAM. Phức hợp này bao gồm năm protein, bốn trong số đó là lipoprotein.

Mặc dù quá trình chèn các porin và cấu trúc của chúng tương tự nhau giữa tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ, một điểm khác biệt đáng chú ý là ở sinh vật nhân sơ, sự hiện diện của lipoprotein là cần thiết cho việc chèn các cấu trúc này.

Mặt khác, sự lắp ráp của nó trong màng ngoài ty thể phụ thuộc vào sự hiện diện của hai protein phụ của phức hợp SAM: protein Sam35 và Sam36.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Bray, D., Watson, JD, Lewis, J., Roberts, K. & Raff, M. (2002). Sinh học phân tử của tế bào. Ấn bản thứ tư. Ed. Garland Science.
2. Devlin, MT (1993). Texbook of Biochemistry With Chemical Correlations. Ed. John Wiley & Sons, Inc.
3. Lodish, H. (2005). Sinh học tế bào và phân tử. Panamerican Medical Ed.
4. Schirmer, T., & Rosenbusch, JP (1991). Porin sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn. Ý kiến ​​hiện tại trong sinh học cấu trúc, 1 (4), 539-545.
5. Schulz, GE (1993). Porin của vi khuẩn: cấu trúc và chức năng. Ý kiến ​​hiện tại trong sinh học cấu trúc, 5 (4), 701-707.
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.
7. Zeth, K., & Thein, M. (2010). Porin ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực: các chủ đề và biến thể chung. Tạp chí Hóa sinh, 431 (1), 13-22.