結構生物化學/膜蛋白/膜蛋白組裝成複合物
嵌入膜內的蛋白質（整合蛋白）在細胞內執行許多至關重要的功能，資料表明膜蛋白在複合物中發揮作用。研究人員一直在努力確定這些膜蛋白相互作用的因素。只有有限數量的膜蛋白與目前用於研究膜蛋白在複合物中功能的方法相容，並且對此主題的瞭解很少被可靠地報道。科學家仍在努力確定膜蛋白複合物的組成。
然而，即使面對這些困難，也存在一些方法，幫助研究人員在分析某些膜蛋白複合物方面取得了一些進展。特別是，線粒體、微粒體、細菌和葉綠體的膜蛋白複合物已透過藍原生聚丙烯醯胺凝膠電泳 (BN-PAGE) 進行檢查。此外，還利用分裂泛素方法分析了酵母膜蛋白相互作用。
除了確定膜蛋白複合物的組成，瞭解這些複合物中組裝過程的活力也很重要。組裝是一個有序的過程，這對複合物的整體功能至關重要。較大的蛋白質複合物需要更多中間體，在這種情況下，識別這些中間體的性質要困難得多。在更簡單的複合物中，科學家們已經能夠確定組裝順序過程和所涉及的中間體。這些特定的組裝順序在確定執行特定細胞功能所需的特定途徑方面起著重要作用。對於不同的組裝順序，該途徑可能會導致系統過程中的“死衚衕”。
這些“更簡單的複合物”之一的良好例子是經過研究的大腸桿菌細胞色素 bo3 複合物。該複合物的線性組裝途徑是透過發現該複合物是如何由四個整合亞基蛋白組成的，並由兩個中間複合物組裝而來的。大腸桿菌也證明了“有序組裝”中順序的活力。為了使該複合物內的細胞分裂過程正常發揮功能，必須將 12 個蛋白質依次匯入分裂位點，並且它們必須以正確的順序進行排列，否則正確的細胞分裂將無法發生，並且潛在的有害中間複合物可能會從組裝順序錯誤產生的錯誤途徑中產生。
膜蛋白複合物功能中一個非常重要的因素是協調其組裝的伴侶蛋白。這種伴侶蛋白可以與組裝的蛋白質複合物相互作用，並透過阻止不必要的相互作用來指導它們實現最終的功能目標。不想要的膜蛋白複合物相互作用可能會導致潛在的有害且無功能的複合物。這些不想要的蛋白質在左邊的圖中顯示出來。因此，如果沒有伴侶蛋白，蛋白質可能會聚集、停滯在死衚衕中間體或變得劇毒。伴侶蛋白的一個例子是 F1F0-ATP 合酶中 F1 的組裝。這是一種酵母酶，由 α 和 β 亞基組成。組裝因子 Atp12p 和 Atp11p 透過與亞基的疏水錶面結合並將它們移動到 α3β3 複合物中來防止組裝變得聚集。F0 的形成也使用名為 UncI 的伴侶蛋白。UncI 伴侶蛋白引導 c 亞基的組裝，c 亞基形成同聚體的 c 環。在沒有 UncI 伴侶蛋白的情況下，c 亞基仍然能夠與 F0 機械的其他部分組裝；然而，如果沒有 UncI，它就不能形成 c 環，形成的複合物將是一個最終無法發揮功能的“死衚衕”中間體。
此外，伴侶蛋白還介導負責調節複合物形成的過程。在某些情況下，當組裝過程中涉及多種蛋白質和介面時，會以伴侶蛋白貢獻的選擇性方式進行。某些相互作用可能發生在複合物形成的後期階段，而不是之前看到的中間階段；伴侶蛋白在該調節中發揮作用。在對紅桿菌中的 cbb3 型細胞色素 c 氧化酶的研究中，研究人員發現複合物組裝是透過一個非活性後期組裝中間體（由三個結構亞基和兩個組裝因子組成）發生的。在過程結束時，只有當最後一個結構亞基取代了先前存在的組裝因子時，複合物才被啟用。人們認為，這些非活性中間體可能在複合物組裝過程中至關重要，在該過程中，不完全的複合物組裝會產生有害後果，例如呼吸或光合作用複合物組裝。
最近的研究也致力於研究組裝蛋白質中的動態交換。這種動態交換允許這種膜蛋白輕鬆地進出它們所屬的複合物。動態交換提供了一種修復方法：如果複合物的部分受損，則不會使整個複合物變得無用或無功能，而是可以將該特定蛋白質替換為功能正常的蛋白質。根據這項研究，膜蛋白形成後並不穩定。早期的研究表明，葉綠體中光系統 II 的蛋白質透過用新的 D1 亞基交換光損傷的 D1 亞基來修復。動態交換的另一個例子涉及線粒體外膜複合物的轉運蛋白。這種實驗表明，蛋白質僅被運送到線粒體中，因此它們不會拾取完成複合物合成所需的任何其他必要亞基。雖然這為蛋白質組裝帶來了一個新的令人興奮的事實，但它只在體外或試管中得到直接證明，而不是在體內得到證明。然而，最近的三項研究對含有 GFP 標記蛋白的細胞進行了熒光顯微鏡觀察，顯示了體內動態交換。
