✖


Jump to content

КОМАНДА бочка

Эта статья была опубликована в рецензируемом журнале WikiJournal of Science (2020). Нажмите, чтобы просмотреть опубликованную версию.
Ствол ТИМ типа альдолазы
Вид сверху на цилиндр триозофосфатизомеразы (TIM) ( PDB : 8TIM ), окрашенный в цвет от синего ( N-конец ) до красного (C-конец).
Идентификаторы
Символ Альдолаза_TIM
Пфам Клан CL0036
ИнтерПро ИПР013785
КАТ 8 команда
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 8тим / СКОПе / СУПФАМ

ТИМ -цилиндр (триозофосфат-изомераза), также известный как альфа/бета-цилиндр , [ 1 ] : 252  представляет собой консервативную белковую складку, состоящую из восьми альфа-спиралей (α-спиралей) и восьми параллельных бета-цепей (β-цепей), которые чередуются вдоль пептидного остова . [ 2 ] Структура названа в честь триозофосфатизомеразы , консервативного метаболического фермента . [ 3 ] Стволы TIM распространены повсеместно: примерно 10% всех ферментов имеют эту складку. [ 4 ] Кроме того, пять из семи классов ферментов Комиссии по ферментам (EC) включают бочковые белки TIM. [ 5 ] [ 6 ] Бочкообразная складка ТИМ является эволюционно древней , и многие из ее членов мало похожи . сегодня [ 7 ] вместо этого попадая в сумеречную зону сходства последовательностей . [ 8 ] [ 9 ]

Внутренняя бета-бочка (β-бочка) во многих случаях стабилизируется сложной сетью соляных мостиков . [ 10 ] Петли на С-концевых концах β-цилиндра отвечают за каталитическую активность. [ 11 ] [ 12 ] тогда как N-концевые петли важны для стабильности ТИМ-цилиндров. Структурные вставки, начиная от расширенных петель и заканчивая независимыми белковыми доменами, могут быть вставлены вместо этих петель или на N-конце/С-конце. Стволы TIM, по-видимому, возникли в результате дупликации генов и событий слияния доменов белков-полубочек. [ 13 ] при этом большинство стволов TIM происходят от общего предка . Это привело к тому, что многие стволы TIM приобрели внутреннюю симметрию. [ 14 ] Дальнейшие события дупликации генов этого предкового ствола TIM привели к расхождению ферментов, обладающих функциональным разнообразием, наблюдаемым сегодня. Бочки TIM также долгое время были объектом внимания дизайнеров белков . Успешные конструкции стволов TIM включают как слияния доменов существующих белков, так и конструкции de novo . Эксперименты по слиянию доменов привели к созданию множества успешных проектов. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] тогда как проекты de novo принесли успех только после 28 лет постепенного развития. [ 22 ]

Структура

[ редактировать ]
Триозофосфатизомераза (TIM), выделенная из куриных мышц ( PDB : 1TIM ), архетипический бочковый фермент TIM. (A) Мультяшное изображение структуры ствола TIM. α-спирали окрашены в бирюзовый цвет, β-цепи — в оранжевый, а петли — в зеленый. Обратите внимание, что С-концевые концы β-цепей обозначены стрелками. (B) Области ядра и пор выделены. Аминокислотные остатки, принадлежащие поре, окрашены в синий цвет. Аминокислотные остатки, относящиеся к ядру, окрашены в оранжевый цвет. Обратите внимание, что цилиндр ТИМ изображен сверху вниз , где С-концевые концы β-цилиндра направлены в сторону считывателя.
Топология ствола TIM. α-спирали окрашены в бирюзовый цвет, петли — в зеленый, а β-нити — в два оттенка оранжевого. Более светлые оттенки указывают на остатки, направленные внутрь , к бочоночным порам. Более темные оттенки указывают на остатки, направленные наружу , к ядру ствола. Голубые линии изображают пример сети водородных связей β-цилиндра основной цепи. Обратите внимание, что сети водородных связей боковых цепей здесь не изображены. Остатки внутреннего β-цилиндра (остатки пор) демонстрируют 4-кратную геометрическую симметрию, несмотря на то, что они возникают из 8-нитевого β-цилиндра. Эта симметрия проиллюстрирована в виде двух примеров «слоев» красного и синего цветов. Каждый слой содержит 4 остатка, направленных в сторону поры и лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола. Число сдвига для стволов TIM всегда равно 8 и показано пурпурным цветом. Некоторые стволы TIM естественным образом принимают или спроектированы с учетом двух- или четырехкратной симметрии. Также выделены примеры асимметричных единиц. Этот рисунок был адаптирован с разрешения ранее опубликованной работы. [ 23 ]

Топология

[ редактировать ]

Бочонок ТИМ получил свое название от фермента триозофосфат-изомеразы (ТИМ), который был первым белком, имеющим складку, подлежащую кристаллизации . [ 3 ] Стволы ТИМ содержат 200-250 аминокислотных остатков, [ 2 ] свернуты в 8 альфа-спиралей (α-спирали) и 8 бета-цепей (β-нити). β-нити расположены в параллельный бета-цилиндр (β-цилиндр) и окружены 8 α-спиралями. Определяющим свойством β-цилиндров TIM является то, что они всегда имеют число сдвига 8. [ 2 ] Число сдвига определяется путем выбора остатка x на β-цепи-1 и перемещения вдоль β-цилиндра в направлении, перпендикулярном направлению нитей, до тех пор, пока не будет достигнут остаток y на исходной β-цепи-1. Количество остатков между начальным и конечным положениями (|y-x|) представляет собой число сдвига. [ 24 ] Поскольку количество нитей равно числу сдвига, боковые цепи направлены попеременно к поре и ядру, обеспечивая 4-кратную симметрию. α-спирали окружают и полностью окружают внутренний β-цилиндр. Короткие петли обычно соединяют вторичные структуры α и β, образуя топологию (βα) 8 повторов. В некоторых случаях вместо этих петель могут быть вставлены структуры, начиная от расширенных петель и заканчивая независимыми доменами, или могут быть присоединены к N/C-концам. Все ферменты ствола TIM обладают каталитическими сайтами на С-концевом конце β-цилиндра. [ 25 ] и структурные вставки, находящиеся рядом с этим концом, могут способствовать каталитической активности.

Ядро и поровые области

[ редактировать ]

Стволы TIM содержат две отдельные скрытые области, где аминокислотные остатки полностью окружены своими соседями и не имеют доступа к растворителю. Термин «пора» является неправильным, поскольку в этой области не существует каналов растворителя. Центральная область состоит из всех остатков, составляющих границу раздела α-β, и расположена снаружи центрального β-цилиндра. Пористая область состоит из всех внутренних остатков β-цилиндра, которые окружены основной цепью β-цилиндра.

Из-за складчатой ​​природы β-цепей чередующиеся остатки вдоль цепи почти равномерно распределены между порой (53%) и ядром (47%). В случае β-бочек захоронено 95% остатков ядра. Только 11% их основных остатков являются полярными , обладают сродством к воде и обладают способностью образовывать водородные связи или солевые мостики. [ 10 ] Аналогично, 84% остатков пор β-цепи скрыты. Однако 42% остатков их пор полярны. Эти остатки образуют сложную сеть солевых мостиков, чтобы компенсировать отсутствие доступа к растворителям.

Элементы стабилизации ствола ТИМ

[ редактировать ]
Пример сети солевых мостиков в 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазе ( PDB : 1P1X ). Взаимодействия показаны голубыми пунктирными линиями. Полярные остатки окрашены в зеленый цвет. Здесь показаны полярные аминокислоты аспартат (D), глутамат (E), лизин (K) и аргинин (R).

Считается, что солевые мостики в порах ствола TIM способствуют общей стабильности складки. Пример большой сети солевых мостиков можно найти в 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазе . Было обнаружено, что эта сеть консервативна во всем семействе альдолаз класса I.

Точная причина чрезмерного представительства полярных остатков и солевых мостиков внутри поры остается неясной. Одно исследование предполагает, что они улучшают складность , а не термодинамическую стабильность стволов TIM. В процессе сворачивания остатки внутренних пор β-нитей будут подвергаться воздействию воды. Частично свернутые модули βαβα, называемые фолдонами, на этой стадии сворачивания будут энергетически стабилизированы остатками полярных пор.

В другом исследовании с участием S. solfataricus бочкового белка TIM индол-3-глицеринфосфатсинтазы было обнаружено, что консервативный модуль βαβαβ является важной матрицей сворачивания, которая направляет сворачивание других вторичных структур. Закрытие β-ствола произошло только в конце процесса складывания. Однако в этом случае авторы приписывают стабильность фолдона разветвленным алифатическим аминокислотам (валину, лейцину и изолейцину).

Еще одним стабилизирующим элементом стволов ТИМ является шпилька бета-хомута . Доноры Н-связей боковой цепи на N-концах β-цепей с четными номерами часто образуют Н-связи с амидными водородами основной цепи в предшествующих β-нитях с нечетными номерами. Эти зажимы (или аналоги гидрофобных мостиков боковой цепи) консервативны в ортологах 3-индол-3-глицеринфосфат-синтазы TIM из бактериального и архейного царств, что означает, что они возникли у своего последнего общего предка и сохранились более миллиарда лет.

Структурные вставки

[ редактировать ]
Примеры структурных вставок в бочкообразной петле TIM и в областях N/C-конца. (A) Bacillus subtilis Оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилаза ( PDB : 1DBT ). Оротидин-5'-монофосфат окрашен в зеленый цвет. α-спиральные вставки окрашены в бирюзовый цвет. Каталитический остаток аргинина (R215) отображается в виде палочек. (B) Mycobacterium Tuberculosis Бифункциональная изомераза биосинтеза гистидина/триптофана (PriA) ( PDB : 2Y85 ). CdRP, продукт реакции TrpF, окрашен в зеленый цвет. Взаимозаменяемые структуры β-цепи/петли окрашены в оранжевый цвет. (C) Lactococcus Lactis Дигидрооротатдегидрогеназа A (DHODA) ( PDB : 2DOR ). β-нити, образующие лист, окрашены в оранжевый цвет. Расширенные петли окрашены в зеленый цвет. Полость, образованная этими структурами, отображается синей сеткой. Продукт оротат окрашен в пурпурный цвет. кофактор FMN окрашен в розовый цвет. (D) Mmethylophilus methylotropus Триметиламиндегидрогеназа ( PDB : 2TMD ). [ 26 ] Домен складки Россмана окрашен в соответствии с вторичными структурными элементами. Кофактор FMN окрашен в пурпурный цвет. [4Fe-4S] + окрашен в красный цвет. Обратите внимание, что субстрат/продукт не кристаллизовались.

N/C-концевые и петлевые области бочкообразных белков TIM способны содержать структурные вставки, варьирующиеся от простых вторичных структурных мотивов до полных доменов . Эти домены способствуют распознаванию субстрата и каталитической активности. Ниже обсуждаются четыре различных примера стволов TIM, содержащих дополнительные мотивы и домены.

Bacillus subtilis Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза ( PDB : 1DBT ) представляет собой белок ствола TIM, демонстрирующий 4 α-спирали вместо петель βα, обычно присутствующих на C-конце β-цилиндра (остатки 35–42, 89–91). , 126–133 и 215–219). Одна из этих спиралей (R215→K219) содержит консервативный остаток аргинина (R215), необходимый для взаимодействия с фосфатным фрагментом оротидин-5'-монофосфата. Не было обнаружено, что другие спирали содержат остатки, критические для каталитической активности, и могут выполнять структурную роль.

Бифункциональная изомераза биосинтеза гистидина/триптофана Mycobacterium Tuberculosis (PriA) ( PDB : 2Y85 ) обладает способностью катализировать две реакции: (i) реакцию HisA: превращение N-[(5-фосфорибозил)формимино]-5-аминоимидазол-4- карбоксамидрибонуклеотид (ProFAR) с N-[(5-фосфорибулозил)формимино]-5-аминоимидазол-4-карбоксамидрибонуклеотидом (PRFAR) и (ii) реакция TrpF: N-(5'-фосфорибозил)антранилат (PRA) с 1-(О-карбоксифениламино)-1'-дезоксирибулозо-5'-фосфат (CdRP). PriA представляет собой фермент-цилиндр TIM, который приспосабливает оба субстрата с помощью петель активного центра (петли 1, 5 и 6, расширенные петли βα на С-концевом конце β-цилиндра), которые меняют конформацию в зависимости от присутствующего реагента. Цикл 1 охватывает активный сайт только при наличии ProFAR. Loop5 оборачивается вокруг активного сайта, принимая конформацию β-листа в присутствии CdRP или узловую конформацию в присутствии ProFAR. Петля 6 охватывает активный центр для всех реагентов.

Lactococcus Lactis Дигидрооротатдегидрогеназа A (DHODA) ( PDB : 2DOR ) является примером ствола TIM, обладающего β-листами и расширенными петлями на С-концевом конце β-цилиндра. DHODA катализирует окисление дигидрооротата в оротат, что является частью de novo пути синтеза уридин-5'-монофосфата (UMP) . Это окисление опосредуется флавинмононуклеотидом (FMN). Здесь β-листы и удлиненные петли окружают активный центр, образуя полость, а также содержат несколько каталитических остатков.

Цилиндр Mmethylophilus methylotropus TIM триметиламиндегидрогеназы ( PDB : 2TMD ) является примером полной вставки домена. Здесь домен складки Россмана вставлен на С-концевой конец TIM-цилиндра. Триметиламиндегидрогеназа катализирует превращение триметиламина в формальдегид. Для этой реакции требуется как восстановленный кофактор 6-S-цистеинилфлавинмононуклеотид (FMN), так и восстановленный железо-серный ([4Fe-4S] + ) центр. ФМН ковалентно связан с С-концевой областью β-цилиндра. [4Fe-4S] + Центр слишком велик, чтобы поместиться внутри цилиндра ТИМ, и вместо этого расположен в непосредственной близости, на расстоянии 7 Å, на границе раздела между стволом ТИМ и складчатыми доменами Россмана.

Складные механизмы

[ редактировать ]

Сохранение бочкообразной складки TIM отражается сохранением ее равновесных и кинетических механизмов сворачивания у бактериальных паралогов с филогенетически различными линиями. Химическая денатурация ряда природных [ 27 ] [ 28 ] и 2 разработанных варианта ствола ТИМ [ 28 ] неизменно включает в себя густонаселенный равновесный промежуточный продукт. Кинетические промежуточные продукты, которые появляются после разбавления сильно денатурирующих растворов, включают ранние неправильно свернутые частицы, которые должны хотя бы частично развернуться, чтобы получить доступ к продуктивному пути сворачивания. [ 27 ] [ 28 ] Стадией, лимитирующей скорость сворачивания, является закрытие 8-цепочечного β-цилиндра, при этом предыдущая форма открытого бочонка соответствует равновесному промежуточному продукту. [ 29 ] Нативно-ориентированное моделирование молекулярной динамики резюмирует экспериментальные результаты и указывает путь к тестируемым вычислительным моделям для сложных механизмов складывания. [ 30 ]

Сохранившиеся фитнес-ландшафты

[ редактировать ]

Белки TIM-бочонка обладают необычайно высокой пластичностью последовательностей, образуя большие семейства ортологичных и паралогичных ферментов в широко расходящихся организмах. Эта пластичность предполагает ландшафт последовательностей, который позволяет белкам адаптироваться к множеству условий окружающей среды, в значительной степени независимо от филогенетической истории, сохраняя при этом функцию. Глубокое мутационное сканирование [ 31 ] подход и конкурентный анализ [ 32 ] был использован для определения пригодности всех возможных аминокислотных мутантов по положениям в 3-х гипертермофильных индол-3-глицеролфосфатсинтазах (IGPS) бочковых ферментах TIM для поддержки роста дрожжевого хозяина, лишенного IGPS. Хотя 2 бактериальных и 1 архейный фермент IGPS были идентичны по последовательности только на 30-40%, их ландшафты приспособленности были сильно коррелированы: одни и те же аминокислоты в одних и тех же положениях в трех разных белках имели очень схожую приспособленность. Корреляцию можно рассматривать как сохранение ландшафта приспособленности для фермента ствола ТИМ на протяжении эволюционного времени.

Петлевые регионы

[ редактировать ]

Из примерно 200 остатков, необходимых для полного формирования ствола TIM, около 160 считаются структурно эквивалентными между различными белками, имеющими эту складку. Остальные остатки расположены на участках петель, связывающих спирали и цепи; петли на С-концевом конце цепей, как правило, содержат активный центр , что является одной из причин, по которой эта складка настолько распространена: остатки, необходимые для поддержания структуры, и остатки, которые влияют на ферментативный катализ, по большей части представляют собой отдельные подмножества: [ 33 ] Фактически, связывающие петли могут быть настолько длинными, что содержат другие белковые домены. Недавно было продемонстрировано, что каталитические петли могут обмениваться между различными ферментами ствола TIM как полуавтономными единицами функциональных групп. [ 34 ]

Эволюция и происхождение

[ редактировать ]
Координатная диаграмма реакции SsIGPS при pH 7,8 и 25°C. Реакция рефолдинга начинается в развернутом состоянии U , первоначально неправильно сворачивается до , промежуточного состояния IBP частично разворачивается с достижением промежуточного состояния IA , превращение которого в последующее является промежуточное состояние IB лимитирующим. Последним шагом является преобразование I B в нативное состояние N. Кинетические промежуточные соединения I A и I B соответствуют промежуточным соединениям, наблюдаемым в исследованиях равновесного разворачивания. По оси ординат представлена ​​свободная энергия каждого состояния в механизме реакции сворачивания в ккал-моль. −1 . По оси абсцисс представлена ​​зависимость разницы свободной энергии между двумя состояниями от концентрации денатуранта, которая пропорциональна изменению скрытой поверхности по отношению к U. состоянию Кинетический механизм сворачивания, иллюстрирующий переход развернутого белка в нативную конформацию, показан под диаграммой координат реакции.
Экспериментально полученные ландшафты приспособленности, картированные на основе точечных мутаций, представляют собой отдельные этапы последовательности WT. Несмотря на значительное расхождение WT в пространстве последовательностей, ландшафты приспособленности ортологов IGPS остаются коррелированными (пунктирные линии). Вместо традиционных двумерных тепловых карт значения приспособленности отображаются на трехмерном колесе, подчеркивая широкий спектр возможных эффектов приспособленности от одного шага последовательности. Профили вертушек схожи, что указывает на корреляцию ландшафтов приспособленности, даже если последовательности WT (центры колес) идентичны только на 40% и сильно разнесены. Анализ главных компонентов демонстрирует корреляцию между экспериментальными ландшафтами приспособленности и аминокислотными предпочтениями в эволюционировавших последовательностях.

Преобладающая теория эволюции ствола ТИМ предполагает дупликацию и слияние генов, начиная с полуствола, который в конечном итоге образует полный ствол ТИМ. Многочисленные исследования подтверждают теорию дивергентной эволюции от одного предка и обсуждаются ниже.

Эволюция от общего предка

[ редактировать ]

В начале 1990-х годов было отмечено, что все ствольные структуры TIM, решенные в то время, были ферментами, что указывает на отклонение от общего предка. [ 11 ] [ 12 ] Кроме того, все TIM-цилиндры обладали активными сайтами на С-конце β-цилиндров. предположили, что общий сайт связывания фосфата, образованный небольшой α-спиралью и бочкообразными петлями TIM-7/8, убедительно указывает на дивергентную эволюцию. [ 35 ] Дальнейшие исследования этих фосфатных групп привели к выводу, что 12 из 23 семейств стволов SCOP TIM произошли от общего предка. [ 36 ] Точно так же были намеки на общее происхождение 17 из 21 семейства стволов CATH TIM. [ 7 ] На основании этих сообщений считается правдоподобным, что большинство бочковых белков TIM произошли от общего предка.

Происхождение посредством дупликации генов и слияния доменов

[ редактировать ]
Модель эволюции стволов TIM посредством дупликации генов и слияния доменов , предложенная Lang et al . [ 13 ] Эта модель описывала эволюцию ферментов HisA и HisF пути биосинтеза гистидина. Предполагается, что произошли два этапа дупликации генов. Первая дупликация гена привела к образованию двух полустволок, которые позже слились и превратились в предковый ствол TIM. Второе событие дупликации генов привело к диверсификации и эволюции различных ферментов ствола TIM, катализирующих различные реакции.

Многие бочковые белки TIM обладают 2-кратной, 4-кратной или 8-кратной внутренней симметрией, что указывает на то, что стволы TIM произошли от предковых (βα) 4 , (βα) 2 или βα мотивов посредством дупликации генов и слияния доменов . Хороший пример двукратной внутренней симметрии наблюдается у ферментов ProFAR-изомеразы (HisA) и имидазолглицеринфосфатсинтазы (HisF) Thermotoga maritima пути биосинтеза гистидина . [ 13 ] Они катализируют 2 последовательные реакции этого пути, обладают 25% гомологией последовательностей и имеют среднеквадратические отклонения (RMSD) в пределах 1,5–2 Å, что указывает на отклонение от общего предка. Что еще более интересно, петли на C-концах HisA и HisF демонстрируют двукратно повторяющийся паттерн, что позволяет предположить, что их общий предок также обладал двукратной внутренней симметрией. На основе этих наблюдений была построена модель эволюции стволов ТИМ. [ 13 ] Предковая полубочка претерпела бы дупликацию генов и слияние, в результате чего образовался один белок, содержащий два домена полубочки. Произойдут структурные адаптации, приводящие к слиянию этих доменов с образованием закрытого β-цилиндра и образованию предкового ствола TIM. Функциональные адаптации также могли произойти, что привело к развитию новой каталитической активности на С-конце β-цилиндра. В этот момент общий предок HisA и HisF должен был подвергнуться второму событию дупликации генов. Дивергентная эволюция дуплицированных генов предкового ствола TIM привела бы к образованию HisA и HisF.

Интересно, что эта эволюционная модель была экспериментально подтверждена с использованием рационального дизайна белков и направленной эволюции . Хёккер и др. сначала соединил две C-концевые половины HisF, получив HisF-CC. Эту конструкцию затем стабилизировали путем введения внутреннего солевого мостика , получая HisF-C*C. [ 17 ] Дальнейшая ступенчатая стабилизация и солюбилизация HisF-C*C была достигнута за счет оптимизации интерфейса полуцилиндра, генерируя HisF-C**C и HisF-C***C соответственно. [ 15 ] [ 16 ] Кристаллическая структура HisF-C***C выявила двукратно симметричный TIM-цилиндр, что подтверждает возможность естественного слияния доменов. Более того, Хёккер создал первые химерные стволы HisAF и HisFA TIM, используя полустволки HisA и HisF. [ 17 ] Эти эксперименты привели к предложению новых способов диверсификации и эволюции ферментов TIM-бочонка путем обмена доменами (βα)4 полубочонков между ранее существовавшими стволами TIM. В соответствии с этой идеей установлена ​​высокая каталитическая активность конструкции HisAF. [ 18 ] Аналогично, химерные βα 5 -флаводоксин-подобные стволы (CheY)/HisF TIM, [ 19 ] [ 20 ] и идеально двукратно симметричный ствол ТИМ на основе HisF [ 21 ] [ 28 ] также были созданы.

Существование внутренней симметрии 4/8-го порядка было предположено на основе компьютерного анализа последовательностей стволов TIM. [ 14 ] Например, Escherichia coli. KDPG-альдолаза [ 37 ] Было высказано предположение, что ( PDB : 1FQ0 ) обладает отчетливой 4-кратной симметрией с заметной 8-кратной симметрией. Конструкция 4-кратного симметричного ствола ТИМ [ 22 ] подтвердил возможность существования более высоких порядков внутренней симметрии в природных стволах ТИМ и будет подробно обсуждаться в следующем разделе. На сегодняшний день не имеется экспериментальных доказательств существования 8-кратно симметричных стволов ТИМ.

И снова конструкция ствола ТИМ

[ редактировать ]
sTIM-11, первая успешная конструкция ствола TIM , созданная заново . Асимметричные (αβ) 2- единицы отчетливо окрашены, подчеркивая внутреннюю 4-кратную симметрию.

Бочкообразная складка TIM была давней целью для de novo дизайнеров белков . Как описывалось ранее, многочисленные стволы TIM были успешно спроектированы на основе ранее существовавших натуральных полустволок. Напротив, разработка стволов TIM de novo происходила поэтапно в течение 28 лет. [ 38 ]

Серия Октареллин. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] белков (октареллин I→VI) были первыми попытками создать ствол ТИМ de novo . Поскольку область дизайна белков все еще находилась в зачаточном состоянии, эти попытки дизайна имели лишь ограниченный успех. Хотя они демонстрировали спектры кругового дихроизма, соответствующие белкам αβ, и некоторые характеристики кооперативной складки, все пептиды серии октареллина были нерастворимыми, и их приходилось повторно солюбилизировать из телец включения для дальнейшей характеристики. Интересно, что Октареллин В.1 [ 44 ] продемонстрировал складку, подобную Россману в сокристаллических условиях .

Белки ряда Симметрин (Симметрин-1→4) продемонстрировали более благоприятные биофизические характеристики. Симметрин-1 был легко растворим, демонстрировал спектры кругового дихроизма, соответствующие белкам αβ, и демонстрировал превосходные характеристики совместного разворачивания и рефолдинга. Несмотря на эти достижения, все белки этого семейства показали расплавленные характеристики при анализе с помощью ЯМР ( ядерный магнитный резонанс ), и дальнейшая работа по выяснению их структуры не могла быть продолжена.

Белки серии sTIM [ 22 ] представлял собой первую успешную конструкцию ствола TIM , созданную заново . [ 45 ] [ 38 ] sTIM-11 ( PDB : 5BVL ) был разработан с внутренней 4-кратной симметрией, чтобы уменьшить сложность вычислительного проектирования с использованием пакета программного обеспечения Rosetta. [ 46 ] Ранее полученные первые принципы [ 47 ] использовались для определения топологии и длины вторичной структуры. sTIM-11 оказался высокотермостабильной , складной конструкцией, которая приняла заданную структуру.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]

Эта статья была адаптирована из следующего источника под лицензией CC BY 4.0 ( 2020 г. ) ( отчеты рецензента ): Дипеш Нагараджан; Неха Нанайкар (2020). «Складной ствол ТИМ» (PDF) . Викижурнал науки 3 (1):4.doi : 10.15347 /WJS/2020.004 . ISSN   2470-6345 . Викиданные   Q8

  1. ^ Воет Д., Воет Дж.Г. (2011). «Глава 8. Трехмерные структуры белков». Биохимия (4-е изд.). Джон Уайли и сыновья, Inc. ISBN  978-0470-91745-9 .
  2. ^ Jump up to: а б с Веренга РК (март 2001 г.). «ТИМ-бочонок: универсальная основа для эффективных ферментов» . Письма ФЭБС . 492 (3): 193–8. Бибкод : 2001FEBSL.492..193W . дои : 10.1016/s0014-5793(01)02236-0 . ПМИД   11257493 . S2CID   42044123 .
  3. ^ Jump up to: а б Баннер Д.В., Блумер А.С., Пецко Г.А., Филлипс Д.С., Погсон С.И., Уилсон И.А. и др. (июнь 1975 г.). «Структура триозофосфат-изомеразы куриных мышц определена кристаллографически с разрешением 2,5 ангстрем с использованием данных аминокислотной последовательности». Природа . 255 (5510): 609–14. дои : 10.1038/255609a0 . ПМИД   1134550 . S2CID   4195346 .
  4. ^ Янсен Р., Герштейн М. (март 2000 г.). «Анализ транскриптома дрожжей со структурными и функциональными категориями: характеристика высокоэкспрессируемых белков» . Исследования нуклеиновых кислот . 28 (6): 1481–8. дои : 10.1093/нар/28.6.1481 . ПМК   111042 . ПМИД   10684945 .
  5. ^ Нагано Н., Хатчинсон Э.Г., Торнтон Дж.М. (октябрь 1999 г.). «Бочковые структуры в белках: автоматическая идентификация и классификация, включая анализ последовательности стволов TIM» . Белковая наука . 8 (10): 2072–84. дои : 10.1110/пс.8.10.2072 . ПМК   2144152 . ПМИД   10548053 .
  6. ^ Уэбб ЕС (1992). Номенклатура ферментов: Рекомендации Номенклатурного комитета Международного союза биохимии и молекулярной биологии по номенклатуре и классификации ферментов . Академическая пресса. ISBN  978-0-12-227164-9 .
  7. ^ Jump up to: а б Нагано Н., Оренго, Калифорния, Торнтон Дж. М. (август 2002 г.). «Одно сложение со многими функциями: эволюционные отношения между семействами стволов TIM, основанные на их последовательностях, структурах и функциях». Журнал молекулярной биологии . 321 (5): 741–65. дои : 10.1016/s0022-2836(02)00649-6 . ПМИД   12206759 .
  8. ^ Ливсей ДР, Ла Д (май 2005 г.). «Эволюционное происхождение и каталитическая важность консервативных электростатических сетей внутри белков TIM-бочонка» . Белковая наука . 14 (5): 1158–70. дои : 10.1110/ps.041221105 . ПМЦ   2253277 . ПМИД   15840824 .
  9. ^ Чунг С.Ю., Суббия С. (октябрь 1996 г.). «Структурное объяснение сумеречной зоны гомологии белковых последовательностей» . Структура . 4 (10): 1123–7. дои : 10.1016/s0969-2126(96)00119-0 . ПМИД   8939745 .
  10. ^ Jump up to: а б Виджаябаскар М.С., Вишвешвара С. (2012). «Понимание складчатой ​​организации ствола ТИМ на основе взаимодействия структурных сетей, основанных на энергии» . PLOS Вычислительная биология . 8 (5): e1002505. Бибкод : 2012PLSCB...8E2505V . дои : 10.1371/journal.pcbi.1002505 . ПМК   3355060 . ПМИД   22615547 .
  11. ^ Jump up to: а б Фарбер Г.К., Пецко Г.А. (июнь 1990 г.). «Эволюция ферментов альфа-бета-барреля». Тенденции биохимических наук . 15 (6): 228–34. дои : 10.1016/0968-0004(90)90035-А . ПМИД   2200166 .
  12. ^ Jump up to: а б Рирдон Д., Фарбер Г.К. (апрель 1995 г.). «Структура и эволюция белков альфа-/бета-бочонка» . Журнал ФАСЭБ . 9 (7): 497–503. дои : 10.1096/fasebj.9.7.7737457 . ПМИД   7737457 . S2CID   23208817 .
  13. ^ Jump up to: а б с д Ланг Д., Тома Р., Хенн-Сакс М., Штернер Р., Вильманс М. (сентябрь 2000 г.). «Структурные доказательства эволюции каркаса бета- / альфа-цилиндра путем дупликации и слияния генов». Наука . 289 (5484): 1546–50. Бибкод : 2000Sci...289.1546L . дои : 10.1126/science.289.5484.1546 . ПМИД   10968789 .
  14. ^ Jump up to: а б Сёдинг Дж., Реммерт М., Бигерт А. (июль 2006 г.). «HHrep: обнаружение повторов белка de novo и происхождение стволов TIM» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (проблема с веб-сервером): W137-42. дои : 10.1093/нар/gkl130 . ПМЦ   1538828 . ПМИД   16844977 .
  15. ^ Jump up to: а б Зейтц Т., Бокола М., Кларен Дж., Стернер Р. (сентябрь 2007 г.). «Стабилизация (βα)8-цилиндрического белка, созданного из идентичных полуцилиндров». Журнал молекулярной биологии . 372 (1): 114–29. дои : 10.1016/j.jmb.2007.06.036 . ПМИД   17631894 .
  16. ^ Jump up to: а б Хёккер Б., Лохнер А., Зейтц Т., Кларен Дж., Штернер Р. (февраль 2009 г.). «Кристаллическая структура высокого разрешения искусственного (βα) (8)-бочкового белка, созданного из идентичных полубочонков». Биохимия . 48 (6): 1145–7. дои : 10.1021/bi802125b . ПМИД   19166324 .
  17. ^ Jump up to: а б с Хёккер Б., Кларен Дж., Штернер Р., Макар А.Б., МакМартин К.Е., Палезе М., Тефли Т.Р. (июнь 1975 г.). «Анализ формиата в жидкостях организма: применение при отравлении метанолом» . Биохимическая медицина . 13 (2): 117–26. дои : 10.1016/0006-2944(75)90147-7 . ПМЦ   534502 . ПМИД   15539462 .
  18. ^ Jump up to: а б Кларен Дж., Малиси С., Хёккер Б., Штернер Р. (март 2009 г.). «Установление уровней каталитической активности дикого типа на природных и искусственных (бета-альфа)8-створчатых белковых каркасах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (10): 3704–9. Бибкод : 2009PNAS..106.3704C . дои : 10.1073/pnas.0810342106 . ПМК   2656144 . ПМИД   19237570 .
  19. ^ Jump up to: а б Бхарат Т.А., Эйзенбайс С., Зет К., Хёккер Б. (июль 2008 г.). «Бета-альфа-бочка, построенная из комбинации фрагментов из разных складок» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (29): 9942–7. Бибкод : 2008PNAS..105.9942B . дои : 10.1073/pnas.0802202105 . ПМЦ   2481348 . ПМИД   18632584 .
  20. ^ Jump up to: а б Эйзенбайс С., Проффитт В., Коулз М., Трюффо В., Шанмугаратнам С., Мейлер Дж., Хёккер Б. (март 2012 г.). «Возможность рекомбинации фрагментов для рационального дизайна белков». Журнал Американского химического общества . 134 (9): 4019–22. дои : 10.1021/ja211657k . ПМИД   22329686 .
  21. ^ Jump up to: а б Фортенберри С., Боуман Э.А., Проффитт В., Дорр Б., Комбс С., Харп Дж. и др. (ноябрь 2011 г.). «Изучение симметрии как путь к вычислительному дизайну больших белковых доменов» . Журнал Американского химического общества . 133 (45): 18026–9. дои : 10.1021/ja210593m . ПМЦ   3781211 . ПМИД   21978247 .
  22. ^ Jump up to: а б с Хуанг П.С., Фельдмайер К., Пармеджиани Ф., Веласко Д.А., Хёккер Б., Бейкер Д. (январь 2016 г.). «Разработка de novo четырехкратно симметричного белка TIM-бочонка с точностью на атомном уровне» . Химическая биология природы . 12 (1): 29–34. doi : 10.1038/nchembio.1966 . ПМЦ   4684731 . ПМИД   26595462 .
  23. ^ Нагараджан Д., Дека Г., Рао М. (август 2015 г.). «Дизайн симметричных бочкообразных белков ТИМ на основе первых принципов» . БМК Биохимия . 16 (1): 18. дои : 10.1186/s12858-015-0047-4 . ПМЦ   4531894 . ПМИД   26264284 .
  24. ^ Мурзин А.Г., Леск А.М., Чотия С. (март 1994 г.). «Принципы, определяющие структуру стволов бета-листов в белках. I. Теоретический анализ». Журнал молекулярной биологии . 236 (5): 1369–81. дои : 10.1016/0022-2836(94)90064-7 . ПМИД   8126726 .
  25. ^ Бренден К.И. (1991). «Бочка ТИМ — наиболее часто встречающийся мотив сворачивания в белках». Современное мнение в области структурной биологии . 1 (6): 978–983. дои : 10.1016/0959-440x(91)90094-a .
  26. ^ Барбер М.Дж., Ним П.Дж., Лим Л.В., Уайт С., Мэтьюз Ф.С. (апрель 1992 г.). «Корреляция выведенных рентгеновскими лучами и экспериментальных аминокислотных последовательностей триметиламиндегидрогеназы» . Журнал биологической химии . 267 (10): 6611–9. дои : 10.1016/S0021-9258(19)50471-9 . ПМИД   1551870 .
  27. ^ Jump up to: а б Форсайт В.Р., Билсел О., Гу З., Мэтьюз С.Р. (сентябрь 2007 г.). «Топология и последовательность сворачивания бочкообразного белка TIM: глобальный анализ подчеркивает разделение между временными промежуточными продуктами сворачивания вне пути и стабильными промежуточными продуктами сворачивания на пути в сложном механизме сворачивания (βα)8-цилиндра с неизвестной функцией из B. subtilis». Журнал молекулярной биологии . 372 (1): 236–53. дои : 10.1016/j.jmb.2007.06.018 . ПМИД   17619021 .
  28. ^ Jump up to: а б с д Карстенсен Л., Сперл Дж. М., Бокола М., Лист Ф, Шмид FX, Стернер Р. (август 2012 г.). «Сохранение механизма сворачивания между созданными изначальными (βα) 8-цилиндрическими белками и их современными потомками». Журнал Американского химического общества . 134 (30): 12786–91. дои : 10.1021/ja304951v . ПМИД   22758610 .
  29. ^ Гу З, Рао М.К., Форсайт В.Р., Финке Дж.М., Мэтьюз С.Р. (ноябрь 2007 г.). «Структурный анализ кинетических промежуточных продуктов сворачивания бочкообразного белка TIM, индол-3-глицеринфосфатсинтазы, с помощью водородообменной масс-спектрометрии и моделирования модели Gō» . Журнал молекулярной биологии . 374 (2): 528–46. дои : 10.1016/j.jmb.2007.09.024 . ПМК   2735044 . ПМИД   17942114 .
  30. ^ Холлоран К.Т., Ван Ю., Арора К., Чакраварти С., Ирвинг Т.С., Билсел О. и др. (август 2019 г.). «Разрушение и сворачивание бочкообразного белка ТИМ» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (33): 16378–16383. Бибкод : 2019PNAS..11616378H . дои : 10.1073/pnas.1900880116 . ПМК   6697809 . ПМИД   31346089 .
  31. ^ Чан Ю.Х., Венев С.В., Зельдович К.Б., Мэтьюз Ч.Р. (март 2017 г.). «Корреляция ландшафтов приспособленности из трех ортологичных стволов TIM возникает из-за ограничений последовательности и структуры» . Природные коммуникации . 8 : 14614. Бибкод : 2017NatCo...814614C . дои : 10.1038/ncomms14614 . ПМЦ   5343507 . ПМИД   28262665 .
  32. ^ Хитпас РТ, Дженсен Дж.Д., Болон Д.Н. (май 2011 г.). «Экспериментальное освещение фитнес-ландшафта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (19): 7896–901. дои : 10.1073/pnas.1016024108 . ПМК   3093508 . ПМИД   21464309 .
  33. ^ Очоа-Лейва А, Соберон Х, Санчес Ф, Аргуэльо М, Монтеро-Моран Г, Сааб-Ринкон Г (апрель 2009 г.). «Дизайн белка посредством систематического обмена каталитической петли в (бета / альфа) 8-кратном положении». Журнал молекулярной биологии . 387 (4): 949–64. дои : 10.1016/j.jmb.2009.02.022 . ПМИД   19233201 .
  34. ^ Очоа-Лейва А, Барона-Гомес Ф, Сааб-Ринкон Г, Вердель-Аранда К, Санчес Ф, Соберон Х (август 2011 г.). «Изучение структурно-функциональной адаптивности петли (β / α) (8)-цилиндрического фермента посредством замены петель и шарнирной изменчивости». Журнал молекулярной биологии . 411 (1): 143–57. дои : 10.1016/j.jmb.2011.05.027 . ПМИД   21635898 .
  35. ^ Бренден К.И. (1991). «Бочка ТИМ — наиболее часто встречающийся мотив сворачивания в белках». Современное мнение в области структурной биологии . 1 (6): 978–983. дои : 10.1016/0959-440x(91)90094-a .
  36. ^ Копли Р.Р., Борк П. (ноябрь 2000 г.). «Гомология среди (βα)(8) стволов: значение для эволюции метаболических путей» . Журнал молекулярной биологии . 303 (4): 627–41. дои : 10.1006/jmbi.2000.4152 . ПМИД   11054297 .
  37. ^ Уаймер Н., Бьюкенен Л.В., Хендерсон Д., Мехта Н., Боттинг С.Х., Почивавсек Л. и др. (январь 2001 г.). «Направленная эволюция нового каталитического сайта 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолазы из Escherichia coli» . Структура . 9 (1): 1–9. дои : 10.1016/S0969-2126(00)00555-4 . ПМИД   11342129 .
  38. ^ Jump up to: а б Борман С. (2015). «Белковые дизайнеры выкатывают бочку» . Новости химии и техники . Том. 93, нет. 47. с. 6.
  39. ^ Горай К., Ренард А., Марсьяль Дж.А. (март 1990 г.). «Синтез, очистка и первоначальная структурная характеристика октареллина, полипептида de novo, смоделированного на белках альфа / бета-бочонка». Белковая инженерия . 3 (4): 259–66. дои : 10.1093/белок/3.4.259 . ПМИД   2188263 .
  40. ^ Борегар М., Горай К., Гоффин В., Хереманс К., Гурмахтиг Э., Рюйшерт Дж.М., Марсьяль Дж.А. (октябрь 1991 г.). «Спектроскопическое исследование структуры октареллина (белка de novo, разработанного с учетом упаковки альфа / бета-цилиндра)». Белковая инженерия . 4 (7): 745–9. дои : 10.1093/протеин/4.7.745 . ПМИД   1798699 .
  41. ^ Убрехтс А., Моро Б., Абагян Р., Мэнфруа В., Прео Дж., Лампрой А. и др. (март 1995 г.). «Октареллины второго поколения: два новых полипептида de novo (бета/альфа)8, предназначенных для исследования влияния упаковки бета-остатков на стабильность структуры альфа/бета-цилиндра». Белковая инженерия . 8 (3): 249–59. дои : 10.1093/протеин/8.3.249 . ПМИД   7479687 .
  42. ^ Оффреди Ф., Дубал Ф., Кишель П., Сарински К., Стерн А.С., Ван де Вердт С. и др. (январь 2003 г.). «Основная цепь de novo и дизайн последовательности идеализированного белка альфа / бета-бочонка: свидетельства стабильной третичной структуры» (PDF) . Журнал молекулярной биологии . 325 (1): 163–74. дои : 10.1016/S0022-2836(02)01206-8 . ПМИД   12473459 .
  43. ^ Фигероа М., Оливейра Н., Лежен А., Кауфманн К.В., Дорр Б.М., Матань А. и др. (2013). «Октареллин VI: использование розетки для создания предполагаемого искусственного белка (β/α)8» . ПЛОС ОДИН . 8 (8): е71858. Бибкод : 2013PLoSO...871858F . дои : 10.1371/journal.pone.0071858 . ПМК   3747059 . ПМИД   23977165 .
  44. ^ Фигероа М., Слейтель М., Вандевенн М., Парвизи Г., Атту С., Жакин О. и др. (июль 2016 г.). «Неожиданная структура разработанного белка Октареллина V.1 представляет собой проблему для инструментов прогнозирования структуры белка» . Журнал структурной биологии . 195 (1): 19–30. дои : 10.1016/j.jsb.2016.05.004 . hdl : 2268/199167 . ПМИД   27181418 .
  45. ^ Нанда V (январь 2016 г.). «Протеиновый дизайн: докопавшись до дна бочки ТИМ». Химическая биология природы . 12 (1): 2–3. дои : 10.1038/nchembio.1987 . ПМИД   26678608 .
  46. ^ Кауфманн К.В., Леммон Г.Х., Делука С.Л., Шихан Дж.Х., Мейлер Дж. (апрель 2010 г.). «Практически полезно: что может сделать для вас пакет моделирования белков Rosetta» . Биохимия . 49 (14): 2987–98. дои : 10.1021/bi902153g . ПМК   2850155 . ПМИД   20235548 .
  47. ^ Кога Н., Тацуми-Кога Р., Лю Г., Сяо Р., Актон ТБ, Монтелионе Г.Т., Бейкер Д. (ноябрь 2012 г.). «Принципы конструирования идеальных белковых структур» . Природа . 491 (7423): 222–7. Бибкод : 2012Natur.491..222K . дои : 10.1038/nature11600 . ПМК   3705962 . ПМИД   23135467 .
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=TIM_barrel&oldid=1224241572"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 518c39c2250cba538f61f7fb47758ad7__1715906220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/51/d7/518c39c2250cba538f61f7fb47758ad7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
TIM barrel - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)