膜貫通ドメイン

膜貫通ドメイン（TMD 、 TMドメイン）は、膜を貫通するタンパク質ドメインです。TMDは、1つまたは複数のαヘリックス、あるいは膜貫通βバレルから構成されます。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ですが、膜ポンプ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ります。TMDはサイズと疎水性が大きく異なり、オルガネラ特有の性質を持つ場合があります。^{[ 1 ]}

膜貫通ドメインは、さまざまな機能を果たすことが知られています。これには以下が含まれます。

• 膜貫通タンパク質を膜に固定する。

  

• イオンやタンパク質などの分子の生体膜を介した分子輸送を促進する。通常、TMD内の親水性残基や結合部位がこのプロセスを助ける。
• 膜を介したシグナル伝達： Gタンパク質共役受容体などの多くの膜貫通タンパク質は、細胞外シグナルを受け取ります。その後、TMD（膜貫通ドメイン）はこれらのシグナルを膜を介して伝達し、細胞内効果を誘導します。
• 小胞融合の補助；TMDの機能はよく理解されていませんが、TMDが脂質二重層の張力に影響を与える結果として、融合反応に不可欠であることが示されています。^{[ 2 ]}
• 膜貫通タンパク質の輸送と選別を媒介するTMDは、細胞質選別シグナルと連携して機能することが示されており、長さと疎水性がTMD選別の主な決定要因となっている。より長く疎水性の高いTMDはタンパク質を細胞膜へ選別するのに役立ち、より短く疎水性の低いTMDはタンパク質を小胞体やゴルジ体に保持するために使用される。このプロセスの正確なメカニズムはまだ不明である。^{[ 3 ]}

膜タンパク質の構造はX線回折によって決定され、膜貫通ヘリックスが観察される。また、疎水性スケールに基づいて予測することもできる。脂質二重層の内部と、構造が既知のほとんどのタンパク質の内部は疎水性であるため、膜を貫通するアミノ酸も疎水性であることが必須条件であると考えられている。しかし、膜ポンプやイオンチャネルは、一般的に非極性である膜貫通セグメント内に、多数の荷電残基や極性残基も含有している。

「疎水性解析」を用いて膜貫通ヘリックスを予測することで、タンパク質の「膜貫通トポロジー」、すなわちタンパク質のどの部分が細胞内に突き出ているか、どの部分が細胞外に突き出ているか、そしてタンパク質鎖が膜を何回横断しているかを予測することが可能になる。

膜貫通ヘリックスは、バイオインフォマティクスツールTMHMMを使用してコンピュータ上で同定することもできます。^{[ 4 ]}

タンパク質翻訳は細胞質（水性環境）で行われるため、TMDを認識し、この過酷な環境下でTMDを保護する因子が必要となる。TMDを標的膜（小胞体やその他の細胞小器官など）に組み込むための追加因子も必要となる。^{[ 5 ]}また、これらの因子は膜内でTMDのミスフォールディングを検出し、品質管理機能も果たす。これらの因子は、非常に多様なTMDを認識できなければならず、細胞質で活性を示すものと膜で活性を示すものに分類できる。^{[ 5 ]}

• テトラスパニンは4つの保存された膜貫通ドメインを持つ。
• うどんこ病遺伝子座o（mlo）タンパク質は、αヘリックスをコードする7つの保存された膜貫通ドメインを持っています。^{[ 6 ]}