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<!DOCTYPE html>

<title>Transmembranprotein</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">Transmembranprotein</h1>

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</div>

Transmembranproteine sind eine Gruppe der <a href="Membranprotein" title="Membranprotein">Membranproteine</a> und durchqueren beide Blätter der <a href="Phospholipid" class="mw-redirect" title="Phospholipid">Phospholipiddoppelschicht</a> einer <a href="Biomembran" title="Biomembran">Biomembran</a>, im Unterschied zu den einfach <a href="Membranst%C3%A4ndiges_Protein" title="Membranständiges Protein">membranständigen Proteinen</a>. Zu den Transmembranproteinen gehören funktionell sehr verschiedene Proteine wie zum Beispiel <a href="Transmembranrezeptor" class="mw-redirect" title="Transmembranrezeptor">Transmembranrezeptoren</a> (deren größte Untergruppe die heptahelikalen Rezeptoren sind)<a href="#cite_note-1">[1]</a>, <a href="Porine" title="Porine">Porine</a>, <a href="Ionenkanal" title="Ionenkanal">Ionenkanäle</a>, <a href="Transporter_(Membranprotein)" title="Transporter (Membranprotein)">Transporter</a>, <a href="ATPasen" title="ATPasen">ATP-abhängige Pumpen</a> und <a href="Zelladh%C3%A4sionsmolek%C3%BCl" title="Zelladhäsionsmolekül">Zelladhäsionsmoleküle</a>. Sie können in der <a href="Plasmamembran" class="mw-redirect" title="Plasmamembran">Plasmamembran</a> oder in der Membran eines <a href="Organell" title="Organell">Organells</a> verankert sein und lassen sich nach ihren die Membran durchquerenden Proteinanteilen, der Transmembrandomäne, strukturell klassifizieren. Innerhalb der Biomembran sind Transmembranproteine teilweise lateral beweglich nach dem <a href="Fluid-Mosaik-Modell" class="mw-redirect" title="Fluid-Mosaik-Modell">Fluid-Mosaik-Modell</a>.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Transmembrandomäne">Transmembrandomäne</h2></div>

Die <a href="Aminos%C3%A4uresequenz" title="Aminosäuresequenz">Aminosäuresequenz</a>, die in einer Phospholipiddoppelschicht liegt, wird als Transmembrandomäne bezeichnet. Um die Phospholipiddoppelschicht zu durchdringen, muss eine Polypeptidkette hydrophobe <a href="Aminos%C3%A4ure" class="mw-redirect" title="Aminosäure">Aminosäure</a>-Seitenketten besitzen und ihre polare <a href="Backbone_(Biochemie)" title="Backbone (Biochemie)">Rückgratgruppe</a> gegen die relativ unpolaren <a href="Membranlipide" class="mw-redirect" title="Membranlipide">Membranlipide</a> abschirmen. Dies wird unter anderem durch die Bildung einer Sekundärstruktur erreicht, die zur Bildung von <a href="Wasserstoffbr%C3%BCckenbindung" title="Wasserstoffbrückenbindung">Wasserstoffbrückenbindungen</a> beiträgt. Alle bekannten Transmembran-Segmente bestehen daher entweder aus <a href="%CE%91-Helix" title="Α-Helix">α-Helices</a> (sehr häufig, teilweise als Bündel) oder <a href="%CE%92-Fass" title="Β-Fass">β-Fässern</a> (selten).<a href="#cite_note-2">[2]</a> Mit etwa 27 % des gesamten <a href="Proteom" title="Proteom">Proteoms</a> stellen Membranproteine mit α-Helices die größte Untergruppe der Membranproteine.<a href="#cite_note-3">[3]</a> Während bakterielle Transmembranproteine mit β-Fass meist geradzahlige β-Stränge aufweisen, besitzen eukaryotische Transmembranproteine mit β-Fass meistens 7 oder andere ungeradzahlige β-Stränge.<a href="#cite_note-Chaturvedi-4">[4]</a>

In sehr seltenen Fällen wie bei <a href="Gramicidine" title="Gramicidine">Gramicidin A</a> kommt stattdessen eine <a href="%CE%92-Helix" title="Β-Helix">β-Helix</a> vor.<a href="#cite_note-5">[5]</a> Eine transmembrane Polyprolin-II-Helix wurde bislang nur künstlich erzeugt beschrieben.<a href="#cite_note-6">[6]</a>

Bei Transmembranproteinen wird zwischen den Singlepass-Transmembranproteinen unterschieden, die die Membran nur einmal durchqueren, und den Multipass-Transmembranproteinen, die die Membran mehrmals durchqueren. Die Singlepass-Transmembranproteine werden weiter unterschieden in verschiedene Typen nach Art der Verankerung und der Lage ihrer Enden. Der <a href="N-Terminus" title="N-Terminus">N-Terminus</a> liegt extrazellulär bei Typ-1-Transmembranproteinen, die in der Zellmembran verankert sind. Bei Typ-2-Transmembranproteinen liegt hier dagegen der <a href="C-Terminus" title="C-Terminus">C-Terminus</a> extrazellulär. Die Einteilung erfolgt nach verschiedenen topologischen Determinanten, wie Orientierung der Transmembrandomäne in der Membran, angrenzende polare Seitenketten von Aminosäuren und <a href="Glykosylierung" title="Glykosylierung">Glykosylierungen</a>.<a href="#cite_note-Goder-7">[7]</a> Die <a href="Proteintranslokation" class="mw-redirect" title="Proteintranslokation">Proteintranslokation</a> durch die Membran nach der <a href="Proteinbiosynthese" title="Proteinbiosynthese">Proteinbiosynthese</a> am <a href="Ribosom" title="Ribosom">Ribosom</a> läuft unter Beteiligung von Sec61, <a href="Signalerkennungspartikel" title="Signalerkennungspartikel">SRP</a> und den <a href="SRP-Rezeptor" title="SRP-Rezeptor">SRP-Rezeptor</a>.<a href="#cite_note-Goder-7">[7]</a> Die Sortierung zur jeweiligen Membran (<a href="Zellmembran" title="Zellmembran">Zellmembran</a>, <a href="Endoplasmatisches_Retikulum" title="Endoplasmatisches Retikulum">ER</a>-Membran, <a href="Lysosom" title="Lysosom">lysosomale</a> Membran oder <a href="Mitochondrium" title="Mitochondrium">mitochondriale</a> Membran) erfolgt anhand von <a href="Signalsequenz" title="Signalsequenz">Signalsequenzen</a>.<a href="#cite_note-Bonifacino-8">[8]</a> Die Sortierung anhand von Signalsequenzen wird in Typ I-III für lösliche Proteine und Typ IV für Transmembranproteine unterteilt.<a href="#cite_note-9">[9]</a> Eine <a href="Phosphorylierung" title="Phosphorylierung">Phosphorylierung</a> kann die Erkennung und somit die Sortierung beeinflussen.<a href="#cite_note-Bonifacino-8">[8]</a> Eine <a href="Ubiquitinierung" class="mw-redirect" title="Ubiquitinierung">Ubiquitinierung</a> cytosolischer Bereiche führt zu einer Sortierung, die im <a href="Proteolyse" title="Proteolyse">Abbau</a> am <a href="Proteasom" title="Proteasom">Proteasom</a> endet.<a href="#cite_note-Bonifacino-8">[8]</a> Teilweise werden Transmembranproteine nach der Translokation durch <a href="Chaperon_(Protein)" title="Chaperon (Protein)">Chaperone</a> gefaltet.<a href="#cite_note-Chaturvedi-4">[4]</a> Transmembranrezeptoren liegen oftmals gruppiert aneinander gebunden vor (engl. cluster).<a href="#cite_note-10">[10]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Hydrophobizität_der_Transmembrandomäne">Hydrophobizität der Transmembrandomäne</h3></div>

<div class="hauptartikel" role="navigation">→ Hauptartikel: <a href="Hydrophobizit%C3%A4tsskala" title="Hydrophobizitätsskala">Hydrophobizitätsskala</a></div>

Transmembranproteine sind im Transmembranbereich (Transmembrandomäne von etwa acht bis zwölf Aminosäuren) gehäuft aus den weniger <a href="Polarit%C3%A4t_(Chemie)" title="Polarität (Chemie)">polaren</a> bzw. hydrophoberen Aminosäuren aufgebaut, deren unpolare Seitenketten mit den <a href="Lipid" class="mw-redirect" title="Lipid">Lipiden</a> der Membran eine <a href="Protein-Lipid-Interaktion" title="Protein-Lipid-Interaktion">Protein-Lipid-Interaktion</a> eingehen. In Transmembranproteinen sind daher verschiedene Aminosäuren mit vor allem unpolaren Seitenketten gehäuft zu finden, wie <a href="Phenylalanin" title="Phenylalanin">Phenylalanin</a>, <a href="Glycin" title="Glycin">Glycin</a>, <a href="Tryptophan" title="Tryptophan">Tryptophan</a>, <a href="Methionin" title="Methionin">Methionin</a>, <a href="Isoleucin" title="Isoleucin">Isoleucin</a>, <a href="Threonin" title="Threonin">Threonin</a>, <a href="Valin" title="Valin">Valin</a>, <a href="Serin" title="Serin">Serin</a>, <a href="Prolin" title="Prolin">Prolin</a>, <a href="Cystein" title="Cystein">Cystein</a> und <a href="Leucin" title="Leucin">Leucin</a>, während die anderen Aminosäuren im Vergleich zu löslichen Proteinen vermindert auftreten.<a href="#cite_note-Cross-11">[11]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Analytik">Analytik</h2></div>

Die im Zuge einer <a href="Proteincharakterisierung" title="Proteincharakterisierung">Proteincharakterisierung</a> zur Ermittlung der <a href="Proteinfaltung" title="Proteinfaltung">Proteinfaltung</a> verwendeten Methoden umfassen <a href="R%C3%B6ntgen-Kristallstrukturanalyse" class="mw-redirect" title="Röntgen-Kristallstrukturanalyse">Röntgen-Kristallstrukturanalyse</a>, <a href="Elektronenmikroskop" title="Elektronenmikroskop">Elektronenmikroskopie</a> und <a href="NMR-Spektroskopie" class="mw-redirect" title="NMR-Spektroskopie">NMR-Spektroskopie</a>.<a href="#cite_note-Cross-11">[11]</a> Die vollständige <a href="Proteinstruktur" title="Proteinstruktur">Proteinstruktur</a> ist nur bei wenigen Membranproteinen bekannt.<a href="#cite_note-12">[12]</a> Transmembranproteine sind schwerer zu untersuchen als lösliche Proteine, da sie aufgrund der hydrophoben Aminosäuren mit <a href="Detergens" title="Detergens">Detergentien</a> <a href="Proteinreinigung" title="Proteinreinigung">isoliert</a> werden müssen und strukturell flexibler sind.<a href="#cite_note-Carpenter-13">[13]</a> Darüber hinaus sind sie oftmals strukturell instabiler<a href="#cite_note-Carpenter-13">[13]</a> und besitzen eine geringere <a href="Biologische_Halbwertszeit" title="Biologische Halbwertszeit">biologische Halbwertszeit</a>.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><a href="#cite_ref-1">↑</a> K. L. Pierce, R. T. Premont, R. J. Lefkowitz: Seven-transmembrane receptors. In: Nature reviews. Molecular cell biology. Band 3, Nummer 9, September 2002, S. 639–650, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/nrm908">10.1038/nrm908</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12209124?dopt=Abstract">PMID 12209124</a>.

</li>

<li id="cite_note-2"><a href="#cite_ref-2">↑</a> D. Voet, J. Voet, C. Pratt: Lehrbuch der Biochemie. 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2010, ISBN 978-3-527-32667-9, S. 290f.

</li>

<li id="cite_note-3"><a href="#cite_ref-3">↑</a> M. S. Almén, K. J. Nordström, R. Fredriksson, H. B. Schiöth: Mapping the human membrane proteome: a majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin. In: BMC biology. Band 7, August 2009, S. 50, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1186/1741-7007-7-50">10.1186/1741-7007-7-50</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19678920?dopt=Abstract">PMID 19678920</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2739160/">PMC 2739160</a> (freier Volltext).

</li>

<li id="cite_note-Chaturvedi-4">↑ <a href="#cite_ref-Chaturvedi_4-0">a</a> <a href="#cite_ref-Chaturvedi_4-1">b</a> D. Chaturvedi, R. Mahalakshmi: Transmembrane β-barrels: Evolution, folding and energetics. In: Biochimica et biophysica acta. Biomembranes. Band 1859, Nummer 12, Dezember 2017, S. 2467–2482, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2017.09.020">10.1016/j.bbamem.2017.09.020</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28943271?dopt=Abstract">PMID 28943271</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7115949/">PMC 7115949</a> (freier Volltext).

</li>

<li id="cite_note-5"><a href="#cite_ref-5">↑</a> L. K. Nicholson, T. A. Cross: Gramicidin cation channel: an experimental determination of the right-handed helix sense and verification of beta-type hydrogen bonding. In: Biochemistry. Band 28, Nummer 24, November 1989, S. 9379–9385, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1021/bi00450a019">10.1021/bi00450a019</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2482072?dopt=Abstract">PMID 2482072</a>.

</li>

<li id="cite_note-6"><a href="#cite_ref-6">↑</a> V. Kubyshkin, S. L. Grage, A. S. Ulrich, N. Budisa: Bilayer thickness determines the alignment of model polyproline helices in lipid membranes. In: Physical Chemistry Chemical Physics. Band 21, Nummer 40, Oktober 2019, S. 22396–22408, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1039/c9cp02996f">10.1039/c9cp02996f</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31577299?dopt=Abstract">PMID 31577299</a>.

</li>

<li id="cite_note-Goder-7">↑ <a href="#cite_ref-Goder_7-0">a</a> <a href="#cite_ref-Goder_7-1">b</a> V. Goder, M. Spiess: Topogenesis of membrane proteins: determinants and dynamics. In: FEBS letters. Band 504, Nummer 3, August 2001, S. 87–93, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/s0014-5793%2801%2902712-0">10.1016/s0014-5793(01)02712-0</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11532438?dopt=Abstract">PMID 11532438</a>.

</li>

<li id="cite_note-Bonifacino-8">↑ <a href="#cite_ref-Bonifacino_8-0">a</a> <a href="#cite_ref-Bonifacino_8-1">b</a> <a href="#cite_ref-Bonifacino_8-2">c</a> J. S. Bonifacino, L. M. Traub: Signals for sorting of transmembrane proteins to endosomes and lysosomes. In: Annual review of biochemistry. Band 72, 2003, S. 395–447, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.72.121801.161800">10.1146/annurev.biochem.72.121801.161800</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12651740?dopt=Abstract">PMID 12651740</a>.

</li>

<li id="cite_note-9"><a href="#cite_ref-9">↑</a> H. Y. Gee, J. Kim, M. G. Lee: Unconventional secretion of transmembrane proteins. In: Seminars in cell & developmental biology. Band 83, 11 2018, S. 59–66, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2018.03.016">10.1016/j.semcdb.2018.03.016</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29580969?dopt=Abstract">PMID 29580969</a>.

</li>

<li id="cite_note-10"><a href="#cite_ref-10">↑</a> L. B. Case, J. A. Ditlev, M. K. Rosen: Regulation of Transmembrane Signaling by Phase Separation. In: Annual review of biophysics. Band 48, 05 2019, S. 465–494, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-052118-115534">10.1146/annurev-biophys-052118-115534</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30951647?dopt=Abstract">PMID 30951647</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6771929/">PMC 6771929</a> (freier Volltext).

</li>

<li id="cite_note-Cross-11">↑ <a href="#cite_ref-Cross_11-0">a</a> <a href="#cite_ref-Cross_11-1">b</a> T. A. Cross, M. Sharma, M. Yi, H. X. Zhou: Influence of solubilizing environments on membrane protein structures. In: <a href="Trends_in_Biochemical_Sciences" title="Trends in Biochemical Sciences">Trends in Biochemical Sciences</a>. Band 36, Nummer 2, Februar 2011, S. 117–125, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.tibs.2010.07.005">10.1016/j.tibs.2010.07.005</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20724162?dopt=Abstract">PMID 20724162</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3161620/">PMC 3161620</a> (freier Volltext).

</li>

<li id="cite_note-12"><a href="#cite_ref-12">↑</a> B. Alberts u. a.: <cite style="font-style:italic">Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie</cite>. 4. Auflage. Wiley, 2012, ISBN 978-3-527-32824-6, S. 403.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Transmembranprotein&rft.au=B.+Alberts+u.+a.&rft.btitle=Lehrbuch+der+Molekularen+Zellbiologie&rft.date=2012&rft.edition=4.&rft.genre=book&rft.isbn=9783527328246&rft.pages=403&rft.pub=Wiley" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-Carpenter-13">↑ <a href="#cite_ref-Carpenter_13-0">a</a> <a href="#cite_ref-Carpenter_13-1">b</a> E. P. Carpenter, K. Beis, A. D. Cameron, S. Iwata: Overcoming the challenges of membrane protein crystallography. In: Current opinion in structural biology. Band 18, Nummer 5, Oktober 2008, S. 581–586, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.sbi.2008.07.001">10.1016/j.sbi.2008.07.001</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18674618?dopt=Abstract">PMID 18674618</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2580798/">PMC 2580798</a> (freier Volltext).

</li>

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