Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Protein primary structureProtein secondary structureProtein tertiary structureProtein quaternary structure
Изображение выше содержит интерактивные ссылки.
Интерактивная схема , по структуре белка , используя PCNA в качестве примера. ( PDB : 1AXC )

Четвертичная структура белка [а] - это количество и расположение множественных свернутых белковых субъединиц в многосубъединичном комплексе . Он включает организации от простых димеров до больших гомоолигомеров и комплексов с определенным или переменным числом субъединиц. [1] Он также может относиться к биомолекулярным комплексам белков с нуклеиновыми кислотами и другими кофакторами .

Описание и примеры [ править ]

Многие белки на самом деле представляют собой сборки нескольких полипептидных цепей. Четвертичная структура относится к количеству и расположению белковых субъединиц относительно друг друга. [2] Примеры белков с четвертичной структурой включают гемоглобин , ДНК-полимеразу и ионные каналы .

Ферменты, состоящие из субъединиц с различными функциями, иногда называют холоферментами , в которых некоторые части могут быть известны как регуляторные субъединицы, а функциональное ядро ​​известно как каталитическая субъединица. Другие сборки, называемые вместо этого мультибелковыми комплексами, также обладают четвертичной структурой. Примеры включают нуклеосомы и микротрубочки . Изменения в четвертичной структуре могут происходить через конформационные изменения внутри отдельных субъединиц или за счет переориентации субъединиц относительно друг друга. Именно через такие изменения лежат в основе сотрудничества и аллостерии. в «мультимерных» ферментах многие белки регулируются и выполняют свои физиологические функции.

Вышеприведенное определение следует классическому подходу к биохимии, установленному в те времена, когда было трудно объяснить различие между белком и функциональной белковой единицей. В последнее время люди обращаются к взаимодействию белок-белок при обсуждении четвертичной структуры белков и рассматривают все сборки белков как белковые комплексы .

Номенклатура [ править ]

Количество субъединиц в олигомерном комплексе описывается с использованием названий, оканчивающихся на -mer (греч. «Часть, субъединица»). Формальные и греко-латинские названия обычно используются для первых десяти типов и могут использоваться до двадцати субъединиц, тогда как комплексы более высокого порядка обычно описываются количеством субъединиц, за которыми следует -мерный.

  • 1 = мономер / субъединица
  • 2 = димер
  • 3 = тример
  • 4 = тетрамер
  • 5 = пентамер
  • 6 = гексамер
  • 7 = гептамер
  • 8 = октамер
  • 9 = неамер
  • 10 = декамер
  • 11 = не прилетевший
  • 12 = додекамер
  • 13 = тридекамер
  • 14 = тетрадекамер
  • 15 = пятикамерный *
  • 16 = шестнадцатеричный фотоаппарат
  • 17 = гептадекамер *
  • 18 = октадекамер
  • 19 = без кадра
  • 20 = эйкозамер
  • 21 = 21-мер
  • 22 = 22-мер
  • 23 = 23-мер *
  • и Т. Д.
* Нет известных примеров

Хотя комплексы выше октамеров редко наблюдаются для большинства белков, есть несколько важных исключений. Вирусные капсиды часто состоят из 60 белков. В клетке также обнаружено несколько молекулярных машин , таких как протеасома (четыре гептамерных кольца = 28 субъединиц), транскрипционный комплекс и сплайсосома . Рибосомы , вероятно , самая большая молекулярная машина, и состоит из множества РНК и белковых молекул.

В некоторых случаях белки образуют комплексы, которые затем собираются в еще более крупные комплексы. В таких случаях используется номенклатура, например «димер димеров» или «тример димеров», чтобы предположить, что комплекс может диссоциировать на более мелкие субкомплексы перед диссоциацией на мономеры.

Определение [ править ]

Четвертичная структура белка может быть определена с использованием различных экспериментальных методик, для которых требуется образец белка в различных экспериментальных условиях. Эксперименты часто обеспечивают оценку массы нативного белка и вместе со знанием масс и / или стехиометрии субъединиц позволяют предсказать четвертичную структуру с заданной точностью. Точное определение субъединичного состава не всегда возможно по разным причинам.

Число субъединиц в белковом комплексе часто можно определить путем измерения гидродинамического молекулярного объема или массы интактного комплекса, что требует условий нативного раствора. Для свернутых белков массу можно вывести из их объема, используя частичный удельный объем 0,73 мл / г. Однако измерения объема менее надежны, чем измерения массы, поскольку развернутые белки, по-видимому, имеют гораздо больший объем, чем свернутые белки; необходимы дополнительные эксперименты, чтобы определить, развернулся ли белок или образовал олигомер.

Внутригенное дополнение [ править ]

Когда несколько копий полипептида, кодируемого геном, образуют четвертичный комплекс, эта структура белка называется мультимером. [3] Когда мультимер формируется из полипептидов, продуцируемых двумя разными мутантными аллелями конкретного гена, смешанный мультимер может проявлять большую функциональную активность, чем несмешанные мультимеры, образованные каждым из мутантов по отдельности. В таком случае это явление называется внутригенной комплементацией (также называемой межаллельной комплементацией). Внутригенная комплементация, по-видимому, является обычным явлением и была изучена во многих различных генах у различных организмов, включая грибы Neurospora crassa , Saccharomyces cerevisiaeи Schizosaccharomyces pombe ; бактерия Salmonella typhimurium ; вирус бактериофага Т4 , [4] вирус РНК, [5] и человека. [6] Межмолекулярные силы, вероятно ответственные за самопознание и образование мультимеров, обсуждались Джеле. [7]

Прогноз [ править ]

Некоторые биоинформатические методы были разработаны для прогнозирования четвертичных структурных атрибутов белков на основе информации об их последовательностях с использованием различных режимов псевдоаминокислотного состава . [8] [9] [10]

Прямое измерение массы целых комплексов [ править ]

  • седиментационно-равновесное аналитическое ультрацентрифугирование
  • электрораспылительная масс-спектрометрия
  • Масс-спектрометрический иммуноанализ MSIA

Прямое измерение размеров неповрежденных комплексов [ править ]

  • статическое рассеяние света
  • эксклюзионная хроматография (требуется калибровка)
  • Двойная поляризационная интерферометрия

Косвенное измерение размеров целых комплексов [ править ]

  • Аналитическое ультрацентрифугирование скорости седиментации (измеряет постоянную поступательной диффузии )
  • динамическое рассеяние света (измеряет постоянную поступательной диффузии )
  • Ядерный магнитный резонанс белка с импульсным градиентом (измеряет константу поступательной диффузии )
  • поляризация флуоресценции (измеряет константу вращательной диффузии )
  • диэлектрическая релаксация (измеряет постоянную вращательной диффузии )
  • Двойная поляризационная интерферометрия (измеряет размер и плотность комплекса)

Методы, которые измеряют массу или объем в условиях разворачивания (такие как масс-спектрометрия MALDI-TOF и SDS-PAGE ), обычно бесполезны, поскольку ненативные условия обычно вызывают диссоциацию комплекса на мономеры. Однако иногда они могут быть применимы; например, экспериментатор может применить SDS-PAGE после первой обработки интактного комплекса химическими сшивающими реагентами.

Белковые взаимодействия [ править ]

Основная статья: Белок-белковое взаимодействие

Белки способны образовывать очень плотные комплексы. Например, ингибитор рибонуклеазы связывается с рибонуклеазой А с константой диссоциации примерно 20 фМ . Другие белки эволюционировали для специфического связывания с необычными фрагментами другого белка, например с группами биотина (авидин), фосфорилированными тирозинами (домены SH2) или богатыми пролином сегментами (домены SH3). Белковые взаимодействия могут быть спроектированы так, чтобы способствовать определенным состояниям олигомеризации. [11]

Сборка [ править ]

Прямое взаимодействие двух растущих белков, возникающих из соседних рибосом , по-видимому, является общим механизмом образования олигомеров. [12] Были идентифицированы сотни белковых олигомеров, которые собираются в человеческих клетках посредством такого взаимодействия. [12] Наиболее распространенная форма взаимодействия была между N-концевыми областями взаимодействующих белков. Формирование димеров, по-видимому, может происходить независимо от специальных сборочных машин.

См. Также [ править ]

  • Структурная биология
  • Четвертичная структура нуклеиновой кислоты
  • Мультибелковый комплекс
  • Биомолекулярный комплекс

Заметки [ править ]

  1. ^ Здесь четвертичный означает «структура четвертого уровня », а не « четырехстороннее взаимодействие». Этимологически четвертичный правильный: четвертичный происходит от латинских распределительных чисел и следует за двоичным и троичным ; в то время как четверть образована от латинского порядкового номера и следует за вторичным и третичным . Однако четвертичное время является стандартом в биологии.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кларк, Джереми М. Берг; Джон Л. Тимочко; Люберт Страйер. Веб-контент Нил Д. (2002). «Раздел 3.5. Четвертичная структура: полипептидные цепи могут собираться в многосубъединичные структуры» . Биохимия (5. изд., 4. печатн. Изд.). Нью-Йорк, NY [ua]: WH Freeman. ISBN 0-7167-3051-0.
  2. ^ Чжоу, Куо-Чен; Цай, Ю-Дон (1 ноября 2003 г.). «Прогнозирование четвертичной структуры белка по псевдоаминокислотному составу». Белки: структура, функции и биоинформатика . 53 (2): 282–289. DOI : 10.1002 / prot.10500 . PMID 14517979 . 
  3. ^ Крик, FH; Оргель, Л. Е. (1964). «Теория межаллельной комплементации». J Mol Biol . 8 : 161–5. DOI : 10.1016 / s0022-2836 (64) 80156-X . PMID 14149958 . 
  4. ^ Бернштейн, H .; Эдгар, RS; Денхардт, Г. Х. (1965). «Внутригенная комплементация среди чувствительных к температуре мутантов бактериофага T4D» . Генетика . 51 (6): 987–1002. PMC 1210828 . PMID 14337770 .  
  5. ^ Смоллвуд, S .; Cevik, B .; Мойер, С.А. (2002). «Внутригенная комплементация и олигомеризация субъединицы L РНК-полимеразы вируса Сендай». Вирусология . 304 (2): 235–245. DOI : 10.1006 / viro.2002.1720 .
  6. ^ Родригес-Помбо, P .; Pérez-Cerdá, C .; Pérez, B .; Desviat, LR; Sánchez-Pulido, L .; Угарте, М. (2005). «К модели для объяснения внутригенной комплементации в гетеромультимерном протеине пропионил-КоА-карбоксилазе» . Biochim Biophys Acta . 1740 (3): 489–498. DOI : 10.1016 / j.bbadis.2004.10.009 .
  7. ^ Йеле, H. (1963). «Межмолекулярные силы и биологическая специфичность» . Proc Natl Acad Sci USA . 50 (3): 516–524. DOI : 10.1073 / pnas.50.3.516 .
  8. ^ Chou KC, Cai YD (ноябрь 2003). «Прогнозирование четвертичной структуры белка по псевдоаминокислотному составу». Белки . 53 (2): 282–9. DOI : 10.1002 / prot.10500 . PMID 14517979 . 
  9. ^ Чжан SW, W Chen, Ян F, Pan Q (октябрь 2008). «Использование псевдоаминокислотного состава Чоу для предсказания четвертичной структуры белка: подход PseAAC с сегментацией последовательностей». Аминокислоты . 35 (3): 591–8. DOI : 10.1007 / s00726-008-0086-х . PMID 18427713 . 
  10. ^ Сяо, X .; Wang, P .; Чоу, KC (2009). «Предсказание четвертичного структурного атрибута белка путем гибридизации состава функциональных доменов и состава псевдоаминокислот». Журнал прикладной кристаллографии . 42 : 169–173. DOI : 10.1107 / S0021889809002751 .
  11. ^ Ardejani, Maziar S .; Чок, Сяо Линь; Фу, Се Джин; Орнер, Брендан П. (2 апреля 2013 г.). «Полный сдвиг олигомеризации ферритина в сторону сборки наноклеток через инженерные белок-белковые взаимодействия». Химические коммуникации . 49 (34): 3528–3530. DOI : 10.1039 / C3CC40886H . ISSN 1364-548X . PMID 23511498 .  
  12. ^ a b Bertolini M, Fenzl K, Kats I, Wruck F, Tippmann F, Schmitt J, Auburger JJ, Tans S, Bukau B, Kramer G. Взаимодействия между возникающими белками, транслируемыми соседними рибосомами, управляют сборкой гомомеров. Наука. 2021, 1 января; 371 (6524): 57-64. DOI: 10.1126 / science.abc7151. PMID: 33384371

Внешние ссылки [ править ]

  • База данных макромолекулярной структуры (MSD) в Европейском институте биоинформатики (EBI) - обслуживает список вероятной четвертичной структуры (PQS) для каждого белка в банке данных по белкам (PDB).
  • Сервер PQS - PQS не обновлялся с августа 2009 г.
  • PISA - сервер белковых интерфейсов, поверхностей и сборок в MSD .
  • EPPIC - Evolutionary Protein-Protein Interface Classification: эволюционная оценка интерфейсов в кристаллических структурах
  • 3D complex - Структурная классификация белковых комплексов
  • Proteopedia - Домашняя страница Proteopedia Совместная трехмерная энциклопедия белков и других молекул.
  • PDBWiki - Домашняя страница PDBWiki - веб-сайт, на котором сообщество комментирует структуры PDB.
  • ProtCID - ProtCID - база данных сходных межбелковых интерфейсов в кристаллических структурах гомологичных белков.