Transmembrandomäne

Transmembrandomäne, oft abgekürzt als Transmembrandomäne oder TMD, bezeichnet den Abschnitt eines Proteins, der die Lipid-Doppelschicht der Zellmembran durchquert. Transmembrandomänen sind in der Regel hydrophob und umfassen typischerweise etwa 20 bis 25 Aminosäuren pro Querung. Mehrfachdurchläufe erzeugen mehrpassige Transmembranproteine, während einzelne Domänen das Protein nur an einem Membranort verankern.

Struktur und Topologie: In vielen eukaryotischen Integralmembranproteinen verlaufen Transmembrandomänen als α-helikale Segmente; in gramnegativen Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten treten auch β-Barrel-Transmembrandomänen auf. Die Orientierung der Domänen wird durch Muster wie die positive-inside-Regel beeinflusst, die angibt, wo mehr positiv geladene Aminosäuren zu finden sind.

Funktion: Transmembrandomänen dienen der Membrananlagerung und bilden oft Kanäle, Transporter, Rezeptoren oder Enzyme. Sie geben die Ausrichtung und Aktivität des Proteins in der Membran vor und sind entscheidend für Signalübertragung, Substrattransport und Interaktionen mit anderen Membranproteinen.

Nachweis und Vorhersage: Hydrophobizitätstests und Vorhersage-Algorithmen (zum Beispiel TMHMM, Phobius) helfen, potenzielle TMDs zu identifizieren. Experimentell lassen sich Topologie und Zugänglichkeit durch Proteasen-Schutz, Zystein-Accessibility oder Topologie-Mapping bestimmen.

Evolution und Variation: TMDs entstehen durch Gen-Duplikation, Fusion oder Neukonfiguration von Sequenzen. Viele Membranproteine enthalten mehrere TMDs, deren Arrangement Faltung, Trafficking und Funktion beeinflusst.

Klinische Relevanz: Mutationen in Transmembrandomänen können Faltung, Trafficking oder Kanalaktivität beeinträchtigen und zu Krankheiten beitragen, etwa bei GPCRs, Ionenkanälen oder membranintegrierten Enzymen.

Beispiele: GPCRs weisen typischerweise sieben Transmembrandomänen; Aquaporine besitzen sechs; bakterielle Porine tragen β-Barrel-TMDs.