Белковая четвертичная структура
Белковая четвертичная структура [ А ] является четвертым (и самым высоким) уровнем классификации структуры белка . Кватернарная структура белка относится к структуре белков, которые сами состоит из двух или более меньших белковых цепей (также называемых субъединицами). Кватернарная структура белка описывает количество и расположение множественных сложенных белковых субъединиц в многопубнежном комплексе . Он включает в себя организации от простых димеров до крупных гомодовятников и комплексов с определенными или переменными числами субъединиц. [ 1 ] В отличие от первых трех уровней структуры белка, не все белки будут иметь четвертичную структуру, поскольку некоторые белки функционируют как отдельные единицы. Кватернарная структура белка также может относиться к биомолекулярным комплексам белков с нуклеиновыми кислотами и другими кофакторами .
Описание и примеры
[ редактировать ]Многие белки на самом деле являются сборками множественных полипептидных цепей. Четвертичная структура относится к количеству и расположению белковых субъединиц по отношению друг к другу. [ 2 ] Примеры белков с четвертичной структурой включают гемоглобин , ДНК -полимеразу , рибосомы , антитела и ионные каналы .
Ферменты, состоящие из субъединиц с разнообразными функциями, иногда называют голозензиваниями , в которых некоторые части могут быть известны как регуляторные субъединицы, а функциональное ядро известно как каталитическая субъединица. Другие сборки, упоминаемые вместо этого как мультипротеиновые комплексы, также обладают четвертичной структурой. Примеры включают нуклеосомы и микротрубочки . Изменения в четвертичной структуре могут происходить посредством конформационных изменений в отдельных субъединицах или путем переориентации субъединиц относительно друг друга. Именно благодаря таким изменениям лежит кооперативность и аллостерию в «мультимерных» ферментах, многие белки подвергаются регуляции и выполняют свою физиологическую функцию.
Приведенное выше определение следует классическому подходу к биохимии, созданному в порой, когда было трудно выяснить различие между белком и функциональной, белковой единицей. Совсем недавно люди относятся к взаимодействию белка -белка при обсуждении четвертичной структуры белков, и рассматривают все сборки белков как белковые комплексы .
Номенклатура
[ редактировать ]
Количество субъединиц в олигомерном комплексе описывается с использованием имен, которые заканчиваются в -mer (греческий для «части, субъединицы»). Формальные и греко -латинатные имена обычно используются для первых десяти типов и могут использоваться для до двадцати субъединиц, тогда как комплексы более высокого порядка обычно описываются количеством субъединиц, за которыми следуют -Meric.
|
|
- * Нет известных примеров
Наименьшая единица, образующая гомоолигомер, то есть одна белковая цепь или субъединица , обозначена как мономер, субъединица или протомер . Первоначально был разработан последний термин для указания наименьшей единицы гетероолигомерных белков, но также применяется к гомолигомерным белкам в современной литературе. Субъединицы обычно расположены в циклической симметрии для формирования группы с закрытой точкой симметрии .
Хотя комплексы выше, чем октамеры, редко наблюдаются для большинства белков, есть некоторые важные исключения. Вирусные капсиды часто состоят из кратных из 60 белков. Несколько молекулярных машин также обнаружены в клетке, таких как протеасома (четыре гептамерных кольца = 28 субъединиц), комплекс транскрипции и сплайсосома . Рибосома , вероятно, является самой большой молекулярной машиной и состоит из многих молекул РНК и белка.
В некоторых случаях белки образуют комплексы, которые затем собираются в еще большие комплексы. В таких случаях человек использует номенклатуру, например, «димер димеров» или «тример димеров». Это может свидетельствовать о том, что комплекс может диссоциации на более мелкие субкомплексы, прежде чем рассеивать мономеры. Обычно это подразумевает, что комплекс состоит из различных интерфейсов олигомеризации. Например, тетрамерный белок может иметь одну четырехкратную ось вращения, т.е. точечная симметрия 4 или C 4 . В этом случае четыре интерфейса между субъединицами идентичны. Он также может иметь симметрию группы точечной группы 222 или D 2 . Этот тетрамер имеет разные интерфейсы, и тетрамер может диссоциации на два идентичных гомодимеров. Тетрамеры 222 симметрии - «димер димеров». Гексамеры из 32 -точечной групповой симметрии представляют собой «тример димеров» или «димер тримеров». Таким образом, номенклатура «димер димеров» используется для указания симметрии или расположения олигомера точечной группы, независимо от информации, касающейся его свойств диссоциации.
Другое различие, часто проводимое при обращении к олигомерам , является ли они гомомерными или гетеромерными, ссылаясь на то, являются ли более мелкие белковые субъединицы, которые объединяются, чтобы создать белковый комплекс одинаковыми (гомомерными) или разными (гетеромерными) друг от друга. Например, два идентичных белковых мономеров объединились бы, чтобы сформировать гомодимер, тогда как два разных белковых мономеры создадут гетеродимер.
Определение структуры
[ редактировать ]Кватернарная структура белка может быть определена с использованием различных экспериментальных методов, которые требуют образца белка в различных экспериментальных условиях. Эксперименты часто обеспечивают оценку массы нативного белка и, вместе с знанием масс и/или стехиометрии субъединиц, позволяют прогнозировать четвертичную структуру с заданной точностью. Не всегда возможно получить точное определение композиции субъединицы по разным причинам.
Количество субъединиц в белковом комплексе часто можно определить путем измерения гидродинамического молекулярного объема или массы интактного комплекса, что требует нативных условий раствора. Для сложенных белков масса может быть выведена из его объема, используя частичный специфический объем 0,73 мл/г. Однако измерения объема менее определенные, чем измерения массы, поскольку развернутые белки, по -видимому, имеют гораздо больший объем, чем сложенные белки; Дополнительные эксперименты необходимы для определения того, разворачивается ли белок или сформировал олигомер.
Общие методы, используемые для изучения белковой четвертичной структуры
[ редактировать ]- Ультрацентрифугирование
- Индуцированная поверхностью масс-спектрометрия диссоциации [ 3 ]
- Коиммунопреципация [ 4 ]
- Фрет [ 4 ] [ 5 ]
- Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) [ 6 ] [ 7 ]
Прямая масса измерение интактных комплексов
[ редактировать ]- Седиментация-равновесие аналитическое ультрацентрифугирование
- Электрораспытная масс -спектрометрия
- Масс -спектрометрический иммуноанализа MSIA
Измерение прямого размера интактных комплексов
[ редактировать ]- Статическое рассеяние света
- Хроматография исключения размера (требует калибровки)
- Двойная поляризационная интерферометрия
Измерение косвенного размера интактных комплексов
[ редактировать ]- седиментации-скорости Аналитическая ультрацентрифугирование трансляционной (измеряет константу диффузии )
- Динамическое рассеяние света (измеряет постоянную диффузию трансляционной диффузии )
- с импульсным градиентом Ядерный магнитный резонанс белка (измеряет константу трансляционной диффузии )
- Поляризация флуоресценции (измеряет константу диффузии вращения )
- Диэлектрическая релаксация (измеряет постоянную диффузию вращения )
- Двойная поляризационная интерферометрия (измеряет размер и плотность комплекса)
Методы, которые измеряют массу или объем в условиях развертывания (например MALDI-TOF Масс-спектрометрия и SDS-PAGE ), как правило, не полезны, поскольку неродные условия обычно вызывают диссоциацию комплекса на мономеры. Однако иногда они могут быть применимы; Например, экспериментатор может применять SDS-PAGE после первой обработки интактного комплекса с помощью химических сшивки реагентов .
Прогноз структуры
[ редактировать ]Некоторые методы биоинформатики были разработаны для прогнозирования четвертичных структурных атрибутов белков на основе их информации о последовательности с использованием различных способов псевдокислотного состава . [ 2 ] [ 8 ] [ 9 ]
Программы прогнозирования складывания белка, используемые для прогнозирования третичной структуры белка, также расширяются, чтобы лучше предсказать четвертичную структуру белка. Одним из таких разработок является альфафолд-мультимер [ 10 ] Построен на альфафолде для прогнозирования третичной структуры белка.
Роль в передаче сигналов клеток
[ редактировать ]Кватернарная структура белка также играет важную роль в определенных клеточных сигнальных путях. Путь с G-белком, связанный с рецептором, включает в себя гетеротримерный белок, известный как G-белок. G-белок содержат три различные субъединицы, известные как субъединицы G-альфа, G-бета и G-гамма. Когда G-белок активируется, он связывается с G-белком, связанным с рецепторным белком, и инициируется путь сигнализации клеток. Другим примером является путь рецепторной тирозинкиназы (RTK), который инициируется димеризацией двух рецепторных мономеров тирозинкиназы. Когда димер образован, две киназы могут фосфорилировать друг друга и инициировать сигнальный путь клетки. [ 11 ]
Белковое взаимодействие
[ редактировать ]Белки способны формировать очень жесткие, но также только переходные комплексы. Например, ингибитор рибонуклеазы связывается с рибонуклеазой A с примерно 20 FM постоянной диссоциации . Другие белки эволюционировали, чтобы специфически связываться с необычными фрагментами на другом белке, например, биотиновых группах (авидин), фосфорилированных тирозинах ( домены SH2 ) или сегментах, богатых пролином ( домены SH3 ). Белковые взаимодействия могут быть разработаны, чтобы поддержать определенные состояния олигомеризации. [ 12 ]
Внутригенная комплементация
[ редактировать ]Когда несколько копий полипептида, кодируемого геном , образуют четвертичный комплекс, эта структура белка называется мультимером. [ 13 ] Когда мультимер образуется из полипептидов, продуцируемых двумя разными мутантными аллелями определенного гена, смешанный мультимер может проявлять большую функциональную активность, чем несмешиваемые мультимеры, образованные каждым из мутантов. В таком случае это явление называется внутриагенной комплементацией (также называемой межаллельной комплементацией). Внутригенная комплементация, по -видимому, является распространенной и изучалась во многих различных генах в различных организмах, включая грибные нейроспоры Crassa , Saccharomyces cerevisiae и Schizosaccharomyces pombe ; бактерия Salmonella Typhimurium ; вирусный бактериофаг T4 , [ 14 ] РНК -вирус, [ 15 ] и люди. [ 16 ] Межмолекулярные силы, вероятно, ответственные за самоопределение и мультимерное образование обсуждалось Jehle. [ 17 ]
Сборка
[ редактировать ]Прямое взаимодействие двух зарождающихся белков, появляющихся из близлежащих рибосомов, по -видимому, является общим механизмом образования олигомеров. [ 18 ] Были идентифицированы сотни протеиновых олигомеров, которые собирают в клетках человека таким взаимодействием. [ 18 ] Наиболее распространенная форма взаимодействия была между N-концевыми областями взаимодействующих белков. Формирование димера, по -видимому, способно происходить независимо от выделенных сборочных машин.
Смотрите также
[ редактировать ]- Структурная биология
- Кватернарная структура нуклеиновой кислоты
- Многопротеиновый комплекс
- Биомолекулярный комплекс
- Олигомеры
Примечания
[ редактировать ]- ^ Здесь четвертичный означает « структура четвертого уровня », а не « четырехстороннее взаимодействие». Этимологически квартал правильный: четвертичный получен из латинских распределительных чисел и следует бинарным и тройным ; в то время как квартарь получен из латинских порядковых чисел и следует вторичным и третичным . Тем не менее, четверка является стандартной в биологии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). «Раздел 3.5 Кватернарная структура: Полипептидные цепи могут собираться в мультисубнитные структуры» . Биохимия (5. Ed., 4. Print. Ed.). Нью -Йорк, Нью -Йорк [UA]: WH Freeman. ISBN 0-7167-3051-0 .
- ^ Jump up to: а беременный Chou KC, Cai YD (ноябрь 2003 г.). «Прогнозирование белковой четвертичной структуры псевдокислотным композицией». Белки . 53 (2): 282–289. doi : 10.1002/prot.10500 . PMID 14517979 . S2CID 23979933 .
- ^ Stiving AQ, Vanernum ZL, Busch F, Harvey Sr, Sarni SH, Wysocki VH (январь 2019 г.). «Индуцированная поверхностью диссоциация: эффективный метод характеристики кватернарной структуры белка» . обзор. Аналитическая химия . 91 (1): 190–209. doi : 10.1021/acs.analchem.8b05071 . PMC 6571034 . PMID 30412666 .
- ^ Jump up to: а беременный Миллиган Г., Бувье М (июнь 2005 г.). «Методы мониторинга четвертичной структуры G-белковых рецепторов». обзор. Журнал FEBS . 272 (12): 2914–2925. doi : 10.1111/j.1742-4658.2005.04731.x . PMID 15955052 . S2CID 23274563 .
- ^ Raicu V, Singh Dr (ноябрь 2013 г.). «Спектрометрия FRET: новый инструмент для определения белковой четвертичной структуры в живых клетках» . начальный. Биофизический журнал . 105 (9): 1937–1945. Bibcode : 2013bpj ... 105.1937R . doi : 10.1016/j.bpj.2013.09.015 . PMC 3824708 . PMID 24209838 .
- ^ Приши Ф., Пасторе А (2016). «Применение ядерного магнитного резонанса и гибридных методов для определения структуры сложных систем». Усовершенствованные технологии для производства и характеристики белкового комплекса . обзор. Достижения в области экспериментальной медицины и биологии. Тол. 896. С. 351–368. doi : 10.1007/978-3-319-27216-0_22 . ISBN 978-3-319-27214-6 Полем PMID 27165336 .
- ^ Уэллс Дж.Н., Марш Дж.А. (2018). «Экспериментальная характеристика структуры, динамики и сборки белкового комплекса». Белковой комплекс сборка . обзор. Методы в молекулярной биологии. Тол. 1764. С. 3–27. doi : 10.1007/978-1-4939-7759-8_1 . ISBN 978-1-4939-7758-1 Полем PMID 29605905 .
Раздел 4: Спектроскопия ядерного магнитно -резонанса
- ^ Zhang SW, Chen W, Yang F, Pan Q (октябрь 2008 г.). «Использование псевдокислотного состава Чоу для прогнозирования белковой четвертичной структуры: подход, сегментированный последовательностями PSEAAC». Аминокислоты . 35 (3): 591–598. doi : 10.1007/s00726-008-0086-x . PMID 18427713 . S2CID 689955 .
- ^ Xiao X, Wang P, Chou KC (2009). «Прогнозирование белкового кватернарного структурного атрибута путем гибридизации композиции функционального домена и псевдокислотного состава». Журнал прикладной кристаллографии . 42 : 169–173. doi : 10.1107/s0021889809002751 .
- ^ Эванс Р., О'Нил М., Притцель А., Антроповава Н., Старший А.В., Грин Т. и др. (4 октября 2021 г.). «Прогнозирование белкового комплекса с альфафолдом-мультимером » Biorxiv : 2021.10.04.4 Doi : 10.1101/ 2021.10.04.04.46 S2CID 238413014
- ^ Heldin CH (январь 1995 г.). «Димеризация рецепторов клеточной поверхности в трансдукции сигнала» . Клетка . 80 (2): 213–223. doi : 10.1016/0092-8674 (95) 90404-2 . PMID 7834741 . S2CID 18925209 .
- ^ Ardejani MS, Chok XL, Foo CJ, Orner BP (май 2013). «Полный сдвиг олигомеризации ферритина в направлении нанокальной сборки посредством инженерных взаимодействий белка-белка». Химическая связь . 49 (34): 3528–3530. doi : 10.1039/c3cc40886h . PMID 23511498 .
- ^ Крик Ф.Х., Оргель Ле (январь 1964 г.). «Теория межаллельной комплементации». Журнал молекулярной биологии . 8 : 161–165. doi : 10.1016/s0022-2836 (64) 80156-x . PMID 14149958 .
- ^ Бернштейн Х, Эдгар Р.С., Денхардт Г.Х. (июнь 1965 г.). «Внутригенная комплементация среди чувствительных к температуре мутантов бактериофага T4D» . Генетика . 51 (6): 987–1002. doi : 10.1093/Genetics/51.6.987 . PMC 1210828 . PMID 14337770 .
- ^ Smallwood S, Cevik B, Moyer SA (декабрь 2002 г.). «Внутригенная комплементация и олигомеризация L -субъединицы L Сендайской РНК -полимеразы» . Вирусология . 304 (2): 235–245. doi : 10.1006/viro.2002.1720 . PMID 12504565 .
- ^ Rodriguez-pombo P, Perez-Cerdá C, Perez B, Divided LR, Sanchez-Forse L, Ugarte M (июнь 2005 г.). Коа карбоксилас (BBA) - молекулярная основа делика 1740 (3): 489–498. два 10.1016/j.bbadis.2004.10.009: 15949719PMID
- ^ Джеле Х (сентябрь 1963 г.). «Межмолекулярные силы и биологическая специфичность» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 50 (3): 516–524. Bibcode : 1963pnas ... 50..516j . doi : 10.1073/pnas.50.3.516 . PMC 221211 . PMID 16578546 .
- ^ Jump up to: а беременный Bertolini M, Fenzl K, Kats I, Ruck F, Tippmann F, Schmitt J, et al. (Январь 2021 г.). «Взаимодействие между зарождающимися белками, транслируемыми соседними рибосомами, способствует сборке гомомеров» . начальный. Наука . 371 (6524): 57–64. Bibcode : 2021sci ... 371 ... 57b . doi : 10.1126/science.abc7151 . PMC 7613021 . PMID 33384371 . S2CID 229935047 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- База данных макромолекулярной структуры (MSD) в Европейском институте биоинформатики (EBI) - служит списком вероятной четвертичной структуры (PQS) для каждого белка в банке данных белка (PDB).
- PQS Server - PQS не был обновлен с августа 2009 года
- PISA - протеиновые интерфейсы, поверхности и сервер сборок на MSD .
- EPPIC - Эволюционная интерфейсная классификация белка -белок -белок: эволюционная оценка интерфейсов в кристаллических структурах
- 3D -комплекс - структурная классификация белковых комплексов
- Протеопедия - протеопедия домашняя страница Совместная, 3D -энциклопедия белков и других молекул.
- Pdbwiki - домашняя страница Pdbwiki - веб -сайт для аннотации сообщества структур PDB.
- Protcid - Procid - база данных сходных белковых интерфейсов в кристаллических структурах гомологичных белков.