В молекулярной биологии , аргинин палец представляет собой аминокислоту остаток некоторых ферментов . [1] [2] Аргинин пальцы часто встречаются в белка надсемейство из AAA + АТФазы , ГТФаз и dUTPases , где они помогают в катализе гамма - фосфата или гамма и бета - фосфатов из АТФ или ГТФ , что создает высвобождение энергии которые можно использовать для выполнения сотовой работы . [3] [1] [4] [2]Таким образом, они необходимы для многих форм жизни и очень хорошо сохраняются . [3] [1] [5] Аргининовые пальцы функционируют посредством нековалентных взаимодействий . [1] Они также могут способствовать димеризации , и хотя они присутствуют в большом количестве ферментов, они не распространены повсеместно. [6] [7]
Роль в каталитических механизмах
Обычно роль аргининового пальца в катализе заключается в том, чтобы функционировать в стабилизации переходного состояния, позволяя воде выполнять нуклеофильную атаку для отщепления ряда фосфатных групп. [1] [7] Однако есть исключения, и пальцы с аргинином могут помочь в других функциях. [8] [6] Кроме того, аргининовые пальцы могут быть присоединены к различным субъединицам или другим белкам в составе мультипротеинового комплекса . [7] Аргининовые пальцы иногда взаимодействуют с гуанидином во время их катализа. [9] [7]
dUTPases
Пальцы с аргинином часто работают вместе с другими элементами, способствуя катализу. [1] Например, в некоторых тримерных dUTPases , таких как M. tuberculosis , аргининовые пальцы на 64-м и 140-м остатках могут работать с магнием, расщепляя dUTP на dUMP и пирофосфат . [1] [10] Основным механизмом действия для этого является нуклеофильная атака; положительно заряженный ион магния ( Mg2+
) притягивает кислород бета- и гамма-фосфатов, позволяя воде гидролизовать связь между бета- и альфа-фосфатами. [1] Пальцы с аргинином помогают стабилизировать переходное состояние. [1] Аргининовые пальцы часто взаимодействуют с другими мотивами, такими как мотивы Уокера, и для более эффективного катализа. [4] [6] [2]
Рас ГТФазы
Аргининовые пальцы также присутствуют в Ras GTPases , где они помогают расщеплять GTP, чтобы выключить Ras. [11] [5] Ras - это ГТФаза, которая участвует в передаче сигналов и регулирует рост и деление клеток . [12] [13] Помимо положительного заряда, который помогает аргининовым пальцам функционировать как катализатор, аргининовые пальцы в Ras замещают молекулы растворителя и создают дополнительное распределение заряда. [8] [13] [14] Как и у dUPTases, аргининовые пальцы Ras GTPases поддерживаются ионом магния. [14] Кроме того, несколько остатков аргинина на пальцах могут указывать на одну и ту же точку, таким образом фокусируя свое действие. [15] Мутации, затрагивающие аргининовые пальцы Ras, приводят к проблемам с катализом GTP примерно на два-пять порядков . [8] [5] [4] [14] Таким образом, поскольку Ras является онкогеном и активируется и деактивируется гидролизом GTP, мутации в остатках аргининовых пальцев Ras могут привести к раку. [5] [3] Глутамат также играет роль рядом с пальцами аргинина и стабилизируется карбоксильными группами основной цепи аргинина , которые известны как суставы пальцев. [15]
Гетеротримерные G-белки
В гетеротримерных G-белках катализ GTP может способствовать тетрафторид алюминия ( AlF
4) и RGS4 . [15] [3] гетеротримерные G белки являются более крупными из трех частей белок служат в сигнальной трансдукции многих путей. [3] Каталитический механизм гидролиза GTP в гетеротримерных G-белках состоит из активного состояния, при котором катализ может происходить, и неактивного состояния, при котором катализ маловероятен. [3] В активном состоянии AlF
4стабилизирует переходное состояние и направляет остаток пальца аргинина в сторону GTP. [3] Это вызывает повышенную плотность заряда бета-фосфата GTP и планаризацию гамма-фосфата, что создает отверстие и уменьшает стерические препятствия для гидролиза фосфоангидридной бета-гамма-связи водой . [3] Это связано с тем, что связь гамма-фосфата с бета-фосфатом изгибается, обнажая его связь и обеспечивая последующую реакцию нуклеофильного замещения, инициированную водой. [3] Комплекс, образованный с RGS4, помогает в этом процессе, создавая напряжение в связи между гамма- и бета-фосфатами и помогая распределять больше заряда на бета-фосфат. [3]
АТФ-синтаза
АТФ-синтаза состоит из субъединицы F 1 и F 0 . [9] Субъединица F 1 содержит собственные альфа- и бета-субъединицы, которые могут способствовать образованию АТФ или гидролизовать его, чтобы служить протонным насосом . [16] Хотя большинство каталитических действий происходит с бета-субъединицами, каждая альфа-субъединица содержит аргининовый палец. [9] Роль аргининового пальца в АТФ-синтазе сродни функции остатков аргининового пальца G-белков; чтобы помочь расщепить АТФ. [9] Например, если аргинин аргининового пальца заменен лизином , возможно, из-за миссенс-мутации , получается мутант αR364K. [9] У мутанта αR364K способность АТФ-синтазы гидролизовать АТФ снижена примерно в тысячу раз по сравнению с диким типом . [9]
RecQ геликаза
RecQ хеликаза является одним из семейства геликаза , что помогает уменьшить сестру обмен хроматид в мейозе снизить мутации ставка. [17] [7] Хеликазы RecQ обнаружены во многих организмах, от E. coli до человека. [17] [7] Одна из этих геликаз, белок синдрома Блума , содержит аргининовый палец, который помогает в его гидролизе АТФ. [7] У людей аргининовым пальцем белка синдрома Блума является Arg982. [7] Хеликаза RecQ, как и большинство белков, содержащих аргининовые пальцы, ингибируется ортованадатом натрия , который влияет на остатки аргининовых пальцев. [7]
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i Nagy, Gergely N .; Суардиас, Рейнье; Лопата, Анна; Озоханикс, Оливер; Веке, Кароли; Брукс, Бернард Р .; Левелес, Иболя; Тот, Юдит; Vértessy, Beata G .; Роста, Едина (16 ноя, 2016). «Структурная характеристика аргининовых пальцев: идентификация аргининовых пальцев для dUTPases пирофосфатазы» . Журнал Американского химического общества . 138 (45): 15035–15045. DOI : 10.1021 / jacs.6b09012 . ISSN 0002-7863 . PMID 27740761 .
- ^ а б в Чен, Баоюй; Сысоева, Татьяна А .; Чоудхури, Сайкат; Го, Лян; Де Карло, Саша; Hanson, Jeffrey A .; Ян, Хав; Никсон, Б. Трейси (10 ноября 2010 г.). «Вовлечение аргининового пальца в АТФ вызывает большие конформационные изменения в NtrC1 AAA + АТФазе для ремоделирования бактериальной РНК-полимеразы» . Структура . 18 (11): 1420–1430. DOI : 10.1016 / j.str.2010.08.018 . ISSN 0969-2126 . PMC 3001195 . PMID 21070941 .
- ^ Б с д е е г ч я J Манн, Дэниел; Тойбер, Кристиан; Tennigkeit, Stefan A .; Шретер, Грит; Герверт, Клаус; Кёттинг, Карстен (13 декабря 2016 г.). «Механизм внутреннего аргининового пальца в гетеротримерных G-белках» . Труды Национальной академии наук . 113 (50): E8041 – E8050. DOI : 10.1073 / pnas.1612394113 . ISSN 0027-8424 . PMC 5167181 . PMID 27911799 .
- ^ а б в Вендлер, Петра; Чиниавский, Сюзанна; Кок, Мальте; Кубе, Себастьян (01.01.2012). «Структура и функция кармана связывания нуклеотидов AAA +» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . ААА-АТФазы: структура и функции. 1823 (1): 2–14. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2011.06.014 . ISSN 0167-4889 . PMID 21839118 .
- ^ а б в г Борн, Генри Р. (октябрь 1997 г.). «Аргининовый палец снова ударяет» . Природа . 389 (6652): 673–674. DOI : 10.1038 / 39470 . ISSN 1476-4687 . PMID 9338774 . S2CID 31041807 .
- ^ а б в Чжао, Чжэнъи; Де-Донатис, Джан Марко; Шварц, Чад; Фанг, Хуамин; Ли, Цзинъюань; Го, Пэйсюань (01.10.2016). «Палец с аргинином регулирует последовательное действие асимметричной гексамерной АТФазы в двигателе транслокации двухцепочечной ДНК» . Молекулярная и клеточная биология . 36 (19): 2514–2523. DOI : 10.1128 / MCB.00142-16 . ISSN 0270-7306 . PMC 5021374 . PMID 27457616 .
- ^ Б с д е е г ч I Рен, Хуа; Доу, Шуо-Син; Риголет, Паскаль; Ян, Е; Ван, Пэн-Е; Амор-Гере, Мунира; Си, Сюй Гуан (15.09.2007). «Аргининовый палец белка синдрома Блума: его структурная организация и его роль в энергетическом взаимодействии» . Исследования нуклеиновых кислот . 35 (18): 6029–6041. DOI : 10.1093 / NAR / gkm544 . ISSN 0305-1048 . PMC 2094072 . PMID 17766252 .
- ^ а б в те Хесен, Хенрик; Герверт, Клаус; Шлиттер, Юрген (2007-12-11). «Роль аргининового пальца в Ras · RasGAP, выявленная расчетами QM / MM» . Письма FEBS . 581 (29): 5677–5684. DOI : 10.1016 / j.febslet.2007.11.026 . ISSN 0014-5793 . PMID 18022389 . S2CID 30116707 .
- ^ а б в г д е Комория, Йошихито; Арига, Такаяки; Иино, Рёта; Имамура, Хироми; Окуно, Даичи; Нодзи, Хироюки (27 апреля 2012). «Основная роль аргининового пальца в ротационном катализе F1-АТФазы» . Журнал биологической химии . 287 (18): 15134–15142. DOI : 10.1074 / jbc.M111.328153 . ISSN 0021-9258 . PMC 3340237 . PMID 22403407 .
- ^ Харрис, Джонатан М; Макинтош, Эван М; Маскат, Джордж Э. О. (1999-04-30). "Анализ структуры / функции dUTPase: каталитический механизм потенциальной химиотерапевтической мишени11 Под ред. М. Янива" . Журнал молекулярной биологии . 288 (2): 275–287. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.2680 . ISSN 0022-2836 . PMID 10329142 .
- ^ Кёттинг, Карстен; Калленбах, Анджела; Сувейздис, Ян; Виттинггофер, Альфред; Герверт, Клаус (29 апреля 2008 г.). «Перемещение аргининового пальца GAP в каталитический сайт Ras увеличивает энтропию активации» . Труды Национальной академии наук . 105 (17): 6260–6265. Bibcode : 2008PNAS..105.6260K . DOI : 10.1073 / pnas.0712095105 . ISSN 0027-8424 . PMC 2359817 . PMID 18434546 .
- ^ Лу, Шаоюн; Чан, Хёнбом; Гу, Шуо; Чжан, Цзянь; Нусинов, Рут (21.09.2016). «Препарат Ras GTPase: комплексный механистический и сигнальный структурный взгляд» . Обзоры химического общества . 45 (18): 4929–4952. DOI : 10.1039 / c5cs00911a . ISSN 0306-0012 . PMC 5021603 . PMID 27396271 .
- ^ а б Реманн, Хольгер; Бос, Йоханнес Л. (май 2004 г.). «Недурно за инактивацию» . Природа . 429 (6988): 138–139. DOI : 10.1038 / 429138a . ISSN 1476-4687 . PMID 15141193 . S2CID 28866434 .
- ^ а б в Герверт, Клаус; Манн, Дэниел; Кёттинг, Карстен (2017-05-01). «Общие механизмы катализа в малых и гетеротримерных GTPases и их соответствующих GAP» . Биологическая химия . 398 (5–6): 523–533. DOI : 10,1515 / HSZ-2016-0314 . ISSN 1437-4315 . PMID 28245182 .
- ^ а б в Борн, Генри Р. (октябрь 1997 г.). «Как сходящиеся пальцы удерживают GTP в нужном русле» . Природа . 389 (6652): 674. Bibcode : 1997Natur.389..674B . DOI : 10.1038 / 39472 . ISSN 1476-4687 . S2CID 33932991 .
- ^ Кулиш, О .; Райт, AD; Терентьев, Э.М. (20.06.2016). «Роторный двигатель АТФ-синтазы F 1 приводится в движение торсионно-асимметричным приводным валом» . Научные отчеты . 6 (1): 28180. arXiv : 1601.08078 . Bibcode : 2016NatSR ... 628180K . DOI : 10.1038 / srep28180 . ISSN 2045-2322 . PMC 4913325 . PMID 27321713 .
- ^ а б Справка, Genetics Home. «Ген BLM» . Домашний справочник по генетике . Проверено 4 апреля 2020 .