研究膜蛋白生物化学特征！

导读:生物膜是一类重要的亚细胞结构，含有大量的跨膜蛋白和非跨膜蛋白，负责细胞与外界的物质和信息交换以及行使细胞内的多种功能。本文天津津腾实验设备有限公司研究了膜蛋白生物

来源：未知发布日期：2019-09-17 10:17【大中小】

膜蛋白质是生物膜的重要组成成分，在物质运输和信号转导的过程中发挥着关键作用。据预测，一个物种的基因组所编码的蛋白有30%是膜蛋白。由于膜蛋白具有一些特殊的氨基酸组成并由此产生强疏水性，从而导致对膜蛋白的蛋白质组学鉴定要远远难于可溶性蛋白，这也使得对膜蛋白的结构与功能的研究进展相对较为缓慢。本文天津津腾实验设备有限公司以一种光合作用模式蓝藻集胞藻为例，介绍了膜蛋白的生物化学特征

1膜蛋白的生物化学特征
由于膜蛋白质在功能上的重要性以及在解析膜蛋白质组上存在的巨大技术挑战，从蛋白质组学学科出现开始，膜蛋白质的分离和鉴定就成为了蛋白质组学研究的一个焦点方向。膜蛋白质的研究之所以具有巨大的技术上的挑战性，最主要的原因是由于其高于一般蛋白质的疏水性。整合膜蛋白质一般都通过一个或多个跨膜结构域而整合在膜上，跨膜结构域大小一般在20个氨基酸残基左右，主要由疏水氨基酸组成，可以和膜的重要组成成分(磷脂双分子层)发生疏水相互作用，从而将蛋白质固定到膜上。

除了IMP，天津津腾实验设备有限公司发现生物膜通常还含有大量的周边膜蛋白。PMP不含跨膜结构域，与膜的结合主要是通过蛋白质–蛋白质或者蛋白质与脂类的相互作用。有些蛋白质还会发生翻译后修饰，并通过修饰集团与膜的相互作用而结合到膜上。常见的化学修饰主要有磷酸肌醇修饰、粽榈酰化、豆蔻酰化等。蛋白质与膜的相互作用一般可以分为共价和非共价两种类型。共价相互作用非常稳定，磷酸肌醇修饰的蛋白与膜的结合可以看作是一种共价的结合，结合非常稳定，很难从膜上被分离。而很多蛋白质–蛋白质之间的相互作用通常是非共价的，包括氢键、静电相互作用、疏水相互作用以及范德华力等。这些非共价的相互作用可以介导蛋白质形成复合体。通常很多PMP通过和一个或多个IMP共同形成复合体而结合在膜上。

PMP与膜的结合一般是可逆的，其结合稳定度通常随细胞内微环境的变化而变化。对于通过生物化学方法分离的悬浮在缓冲液中的生物膜，如果改变缓冲液盐离子浓度或pH值，都有可能有效地将PMP从生物膜上解离下来。疏水性是膜蛋白的一个重要生物化学特征。评价疏水性的关键指标有两个：第一个指标是分析其是否含有跨膜结构域及其数目。所有的IMP都有一个或多个跨膜结构域，通常一个膜蛋白如果所含的跨膜结构域数目越多，表明其疏水性越强，但有时也例外，因为膜蛋白整体疏水性还会受到连接跨膜结构域的膜外区域大小的影响。一个蛋白是否含有跨膜结构域及其数目的多少可以通过生物信息软件进行预测，常用的软件是基于隐马尔可夫模型的TMHMM，其预测IMP的准确度可以超过97%。需要指出的是TMHMM目前有两个版本，即TMHMM1和TMHMM2。

天津津腾实验设备有限公司在具体的研究中发现，TMHMM2在预测某些蛋白的跨膜结构域时反而不如TMHMM1准确。第二个指标就是蛋白质的GRAVY值。GRAVY值是从总体上评价一个蛋白质疏水性高低的参数。一般来说一个蛋白质的GRAVY值越高，表明其疏水性越强。一个蛋白质的GRAVY值取决于其氨基酸序列的构成。每个不同的氨基酸残基都有一个特定的疏水值(hydropathyscore)，疏水性最高的为异亮氨酸(4.5)，其次为缬氨酸(4.2)，而亲水性最高的是精氨酸(-4.5),其次为赖氨酸(-3.9)。一般来说，侧链为长脂链的氨基酸其疏水性越高，而侧链为极性的尤其是带电荷的氨基酸，其亲水性越强。GRAVY值就是该蛋白质所有氨基酸疏水值的平均值，即所有氨基酸疏水值的加和除以该蛋白质的长度(所含氨基酸的数量)。

2结语与展望
现代蛋白质组学技术的快速发展使得大多数膜蛋白组研究上存在的难题正在被一一克服，在蓝藻的膜蛋白质组学研究进展也同样如此。这使得绝大数IMP都能被现代蛋白质组学技术鉴定到。但天津津腾实验设备有限公司发现目前仍存在两个主要的问题：第一是IMP跨膜区很难被鉴定到，这主要是由于跨膜区强疏水性以及缺少合适的特异性酶切位点造成的。跨膜区一般不含胰蛋白酶特异识别的精氨酸和赖氨酸位点，因此需要选择不同的特异性内切酶才能获得可用于质谱分析的肽段；第二是很多IMP是只含一个跨膜区的小蛋白，没有合适的酶切位点，也不适合基于鸟枪法的蛋白质组学鉴定。对于这种小蛋白，目前新兴的从上而下的蛋白质组学也许是个更好的技术选择。从上而下的蛋白质组学方法在进行质谱分析前，不需要将完整的蛋白质切成小的肽段，直接以蛋白质本身为分析检测对象，因此可以更完整、丰富、准确的提供分析对象的生物学信息。同时，从上而下的蛋白质组学方法也弥补了鸟枪法蛋白质组分析鉴定的一些不足，在小分子量或缺少蛋白酶酶切位点的蛋白质鉴定方面也许会有更大的优势。因此，有理由相信在不久的将来将会实现对膜蛋白质组全覆盖度的鉴定。

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