膜貫通型ドメイン

膜貫通型ドメイン（まくかんつうがたドメイン、、TMD）は、膜貫通ドメインとも呼ばれ、細胞膜を貫通するタンパク質ドメインである。TMDは一般的にαヘリックスのトポロジー構造をとるが、ポリンのように異なる構造をとるものもある。脂質二重層の内部は疎水性であるため、TMDのアミノ酸残基は疎水性であることが多いが、膜輸送体やイオンチャネルなどのタンパク質は極性残基を含むことがある。TMDは、長さ、配列、疎水性が大きく異なり、オルガネラ固有の性質を帯びる。
膜貫通型ドメインの機能.
膜貫通型ドメインには、さまざまな機能があることが知られている。たとえば次のような機能がある。
膜貫通ヘリックスの同定.
膜貫通ヘリックスは、X線回折によって決定された膜タンパク質の構造に見られる。それらは、に基づいて予測することもできる。脂質二重膜の内部や、構造が知られているほとんどのタンパク質の内部は疎水性であるため、膜をまたぐアミノ酸も疎水性であることが要件であると推定される。ただし、膜輸送体やイオンチャネルは、（一般的に非極性である）膜貫通部内に多数の荷電残基や極性残基を含んでいる。
「」を用いて膜貫通ヘリックスを予測すると、タンパク質の「」を予測することができる。つまり、タンパク質のどの部分が細胞内に突き出して、どの部分が外に突き出ていて、タンパク質の鎖が膜を何回横切るかを予測することができる。
膜貫通ヘリックスは、バイオインフォマティクスツールであるTMHMMを用いて"in silico"で同定することもできる。
膜タンパク質の生合成と品質管理因子の役割.
タンパク質の翻訳は細胞質ゾル（水溶性環境）で行われるため、TMDを認識し、この敵対的な環境でそれらを保護する因子が必要となる。さらに、TMDを標的膜（すなわち、小胞体や他の細胞小器官）に組み込むための因子も必要である。また、膜内でのTMDのミスフォールディング（誤った折りたたみ）を検出し、品質管理機能を果たす因子も必要である。これらの因子は、非常に多様なTMDの集まりを認識できなければならず、細胞質ゾル内で活性なものと膜内で活性なものに分けられる。
細胞質ゾル認識因子.
細胞質ゾル認識因子には2つの異なる戦略があると考えられている。共翻訳戦略では、認識と保護がタンパク質合成と結びついている。ゲノムワイド関連研究によると、小胞体を標的とする膜タンパク質の大部分は、リボソーム出口トンネルに結合しているシグナル認識粒子によって処理され、タンパク質が翻訳される際に認識と保護が開始されることを示している。2番目の戦略は、膜タンパク質のカルボキシル末端近くに単一のTMDが存在する尾部アンカー型タンパク質が関与している。翻訳が完了すると、その尾部アンカー型TMDはリボソーム出口トンネルに残り、ATPaseによって小胞体へのターゲティングが仲介される。シャトル因子の例として、高等真核生物のTRC40および酵母のGet3がある。さらに、一般的なTMD結合因子は、凝集やその他の破壊的な相互作用から保護する。とカルモジュリンはよく知られた一般的なTMD結合因子である。膜タンパク質の品質管理には、ユビキチン化プロテアソーム系に関連したTMD結合因子が関与している。
膜認識因子.
輸送されると、因子は、リン脂質膜の親水性層のリン酸頭部グループを横切るTMDの挿入を助ける。品質管理因子は、細胞質ゾルへの抽出を容易にするだけでなく、機能およびトポロジーを識別できるものでなければならない。シグナル認識粒子は、膜タンパク質をSecトランスロケーションチャネルに輸送し、リボソーム出口トンネルをトランスロコン中央細孔の近位に配置し、TMDの細胞質ゾルへの露出を最小限に抑える。脂質二重層へのTMDの挿入は、インサーターゼによっても仲介される。インサーターゼには、細菌のYidC、ミトコンドリアのOxa1、葉緑体のAlb3があり、これらはすべて進化的に関連している。膜結合型品質管理因子の例として、保存されているHrd1およびの酵素ファミリーがあげられる。