Fehérje szupercsalád

A fehérje szupercsalád a fehérjék  legnagyobb csoportja , amelyről feltételezhető, hogy közös evolúciós őse van (lásd homológia (biológia) ). Általában egy szupercsaládot egyesítenek a benne lévő fehérjék másodlagos és harmadlagos struktúráinak hasonlósága ("szerkezeti hasonlóság") elve [1] és a fehérjék hatásmechanizmusának hasonlóságának elve ("mechanikus hasonlóság") szerint. ” vagy „funkcionális hasonlóság”), annak ellenére, hogy egy szupercsaládon belüli aminosav-hasonlósági szekvenciák nem figyelhetők meg, és leggyakrabban nem is figyelhetők meg [2] . A szupercsaládok jellemzően több fehérjecsaládot tartalmaznak, amelyek hasonlóságot mutatnak az aminosav-szekvenciákban a családokon belül, de a családok között nem. A "protein klán" kifejezést gyakran használják proteáz szupercsaládokra a MEROPS osztályozás alapján [2] .

Szupercsaládok azonosítása

Szekvencia homológia

A fehérje-szupercsalád különböző családokhoz tartozó tagjai általában nem mutatnak szignifikáns vagy könnyen kimutatható aminosavszekvencia-homológiát, mégis hasonló másodlagos és harmadlagos szerkezetűek, és gyakran van némi funkcionális hasonlóságuk. Gyakran szinte lehetetlen vagy legalábbis nagyon nehéz aminosavszekvenciákhoz igazítani a gyakran megfigyelt inszerciók és deléciók miatt . Például a PA-proteáz szupercsaládban egyetlen aminosav sem konzerválódik a teljes szupercsaládban, még azokat az aminosavakat is beleértve, amelyek e fehérjék katalitikus triádjainak részét képezik.

És fordítva, a szupercsaládba tartozó egyes családok tagjait pontosan a családba tartozó fehérjék aminosavszekvenciáinak (elsődleges szerkezeteinek) homológiájának elve határozza meg. Például a PA proteáz szupercsalád magában foglalja a proteázok C04 családját.

Strukturális homológia

A fehérjék másodlagos és harmadlagos szerkezete, amely közvetlenül befolyásolja funkcionalitásukat (például a receptor azon képessége, hogy felismeri a ligandumokat  – agonistákat és antagonistákat , vagy egy enzim képessége bizonyos kémiai reakciók katalizálására ) evolúciós szempontból sokkal konzerváltabb , mint az aminosav. sorrend. Példa erre a PA proteáz szupercsalád. Ebben a fehérjék nagyon kevés aminosavja mutat jelentős mértékű evolúciós konzervativitást, míg a másodlagos szerkezet jellegzetes elemei, valamint térbeli rendeződésük a harmadlagos struktúrákban igen erősen konzerváltak.

A strukturális rendező és igazító programok, mint például a DALI program , felhasználhatják a kutatót érdeklő fehérjék háromdimenziós másodlagos és harmadlagos szerkezetét a fehérjeszerkezetek adatbázisával, hogy hasonló hajtogatással rendelkező fehérjéket találjanak . A fehérjék háromdimenziós másodlagos és harmadlagos szerkezetének összehasonlítása segít azonosítani az evolúciósan rokon (egy evolúciós ősön osztozó) fehérjék számos olyan esetét, amelyek nem lennének hasonlóak elsődleges szerkezetük (aminosavszekvenciáik) egyszerű elemzésével és összehasonlításával.

Hasonlóság a mechanizmusban és a funkcionális hasonlóságban

A szupercsaládba tartozó enzimek katalitikus mechanizmusa általában többé-kevésbé konzervált az egész szupercsaládban, de szubsztrát - specifitásuk a szupercsaládon belül jelentősen eltérhet. Ennek eredményeként a fehérjék végső funkcionális célja a szervezetben jelentősen változhat szubsztrát-specifitásuktól függően. Vagyis lehet, hogy nincs külső funkcionális hasonlóság.

Ezenkívül (bár nem feltétlenül és nem mindig) a szupercsaládba tartozó enzimek katalitikus doménje hajlamos arra, hogy ezen a doménen belül nagymértékben megőrizze az aminosavszekvenciát (és még inkább az enzim másodlagos és harmadlagos szerkezetét). katalitikus domén). Azonban még akkor is, ha a katalitikus domén aminosavszekvenciája nem konzervált, maga a katalitikus mechanizmus és/vagy a katalitikus domén másodlagos és tercier szerkezete konzervált.

A fent leírt katalitikus mechanizmus szupercsalád-szintű megtartására példa ismét a PA proteáz szupercsalád. Nagyon eltérő végső funkcionális célú fehérjéket tartalmaz (azaz nincs külső funkcionális hasonlóság) - köztük van egy kimotripszin emésztőenzim , egy trombolitikus enzim - plazminogén aktivátor , bakteriális és kígyótoxinok és vírusproteázok, amelyek biztosítják a vírusok összeállítását. részecskék. Mint fentebb említettük, ennek a szupercsaládnak a skáláján egyetlen aminosav sem konzervált evolúciósan , még a katalitikus doménben sem. És mégis, a szupercsalád minden tagja jelentős hasonlóságokat mutat háromdimenziós szerkezetének specifikus katalitikus elemeiben. Sőt, bár a PA proteáz szupercsalád különböző családjainak tagjai különböző nukleofileket használnak , mindegyik fehérjék vagy peptidek kovalens nukleofil katalitikus proteolízisét állítja elő közös katalitikus mechanizmussal.

Evolúciós jelentősége

A fehérje szupercsaládok a közös ős azonosításának jelenlegi korlátait tükrözik [3] . A fehérje-szupercsaládok a hasonló fehérjék és gének legnagyobb evolúciós jelentőségű társulásai, amelyek jelenleg a hasonlóság közvetlen bizonyítéka alapján (szupercsaládok esetében többnyire szerkezeti, részben mechanikai) hozhatók létre. Ezért az evolúciós létrán nagyon távol lévő élőlényekben a funkcionálisan és az aminosavban található különböző fehérjék háromdimenziós szerkezeti hasonlóságának felfedezése az egyik bizonyíték a nagyon ősi időkre (talán a legősibbre azok közül, amelyek általában tanulmányozhatók). evolúciós események.

Egyes fehérje-szupercsaládok olyan fehérjéket tartalmaznak, amelyek ilyen vagy olyan formában jelen vannak minden vizsgált élőlényben (például káliumcsatornákban ), minden birodalomban (beleértve az állatokat , növényeket , gombákat , baktériumokat és más prokarióták ). Ez arra utalhat, hogy e szupercsaládok fehérjéinek közös őse olyan fehérjék voltak, amelyek minden élőlény egyetemes közös ősében jelen voltak [4] .

A szupercsalád tagjai különböző típusú állatokban, növényekben, egysejtű lényekben ( ortológ fehérjék) találhatók meg. Ugyanakkor az evolúciós szempontból legősibbek nyilvánvalóan a szupercsalád azon tagjai, amelyek az evolúciós létra legalsó fokain lévő lényekhez tartoznak. E fehérjék közös őse nyilvánvalóan néhány ősi kihalt lényé, amely mindazon fajok közös őse volt, amelyekben a szupercsalád fehérjéi megtalálhatók. Így a fehérje szupercsaládokon belüli ortológ fehérjék tanulmányozása lehetővé teszi a fajok evolúciós fájának pontosabb megrajzolását.

Ezenkívül egy azonos fajhoz tartozó állat, növény vagy egysejtű lény ugyanazon szervezetében egy bizonyos fehérje-szupercsaládnak több különböző képviselője (beleértve a különböző funkciókat ellátókat is) megtalálható. Az ilyen fehérjéket paralógnak nevezzük . Ezek a paralóg fehérjék egyetlen közös fehérje őstől is származhatnak, amely az evolúció valamely szakaszában megkettőződött egy adott faj genomjában . A paralóg fehérjék, hasonlóságaik és különbségeik vizsgálata rávilágít a fehérjék funkcionális evolúciójának útjára.

Példák

• A PA proteáz szupercsalád a kimotripszinszerű proteázok szupercsaládja. A szupercsalád tagjai hasonló szerkezetűek, kettős β-hordó formájában és hasonló proteolízis mechanizmusokkal rendelkeznek , de az aminosavszekvencia homológia mértéke kevesebb, mint 10%. A szupercsalád cisztein és szerin proteázokat egyaránt tartalmaz (azaz különböző nukleofileket használ ). A család tagjai azonban hasonló katalitikus mechanizmussal és a katalitikus domén háromdimenziós térszerkezetével rendelkeznek. [2] [5]

• α/β hidrolázok szupercsaládja . A szupercsalád tagjai hasonló szerkezetű α / β-lap formájában, amely 8 β-szálat tartalmaz, α-hélixekkel összekapcsolva , míg a katalitikus domén aminosavai a szupercsalád minden tagjában ugyanazon a helyen találhatók. ugyanabban a sorrendben [6] , bár a szupercsalád tagjai közé tartoznak a proteázok, lipázok , peroxidázok, észterázok , epoxid-hidrolázok és dehalogenázok. [7]

• A Ras - szerű fehérjék szupercsaládja . A szupercsalád tagjainak közös katalitikus G-doménje van.

• TIM hordók szupercsaládja. A szupercsalád tagjai egy nagy α 8 β 8 hordószerkezeten osztoznak. Ez az egyik legelterjedtebb redős a fehérjék között, ezért ezek egy családba való egyesítése (e fehérjék monofilitása) még mindig vitatott. [8] [9]

• Az alkalikus foszfatázok szupercsaládja . A szupercsalád tagjai közös αβα-szendvics-struktúrával rendelkeznek [10] , és emellett közös mechanizmussal katalizálják a közös foszfatáz reakciókat. [tizenegy]

Fehérje szupercsalád erőforrások

Számos biológiai adatbázis dokumentálja a fehérje szupercsaládokat, nevezetesen:

• Pfam
• PROZIT
• InterPro
• PASS2
• SZUPERCSALÁD
• SCOP és CATH

Lásd még

• Homológia (biológia)

Jegyzetek

1. ↑ Holm, L; Rosenström, P. Dali szerver: természetvédelmi térképezés 3D-ben. (eng.)  // Nucleic Acids Research : folyóirat. - 2010. - július ( 38. köt. , no. Web Server kiadás ). - P.W545-9 . - doi : 10.1093/nar/gkq366 . — PMID 20457744 .
2. ↑ 1 2 3 Rawlings, N. D.; Barrett, AJ; Bateman, A. MEROPS: A proteolitikus enzimek, szubsztrátjaik és inhibitoraik adatbázisa. (eng.)  // Nucleic Acids Research : folyóirat. - 2012. - január ( 40. évf. , Adatbázis-kiadás sz.). - P.D343-50 . doi : 10.1093 / nar/gkr987 . — PMID 22086950 .
3. ↑ Sahnovics, BE; Tettek, E; Delisi, C; Shakhnovich, E. A fehérjeszerkezet és az evolúciótörténet meghatározza a szekvenciatér topológiáját. (angol)  // Genom Research : folyóirat. - 2005. - március ( 15. évf. , 3. sz.). - P. 385-392 . - doi : 10.1101/gr.3133605 . — PMID 15741509 .
4. ↑ Ranea, JA; Sillero, A; Thornton, JM; Orengo, CA A fehérje szupercsalád evolúciója és az utolsó univerzális közös ős (LUCA). (angol)  // Journal of Molecular Evolution : folyóirat. - 2006. - október ( 63. évf. , 4. sz.). - P. 513-525 . - doi : 10.1007/s00239-005-0289-7 . — PMID 17021929 .
5. ↑ Bazan, JF; Fletterick, RJ A vírusos cisztein-proteázok homológok a szerin-proteázok tripszinszerű családjával: szerkezeti és funkcionális vonatkozások. (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : folyóirat. - 1988. - november ( 85. évf. , 21. sz.). - P. 7872-7876 . - doi : 10.1073/pnas.85.21.7872 . — PMID 3186696 .
6. ↑ Carr PD, Ollis DL Alfa/béta hidroláz fold: frissítés  (neopr.)  // Protein Pept. Lett.. - 2009. - V. 16 , 10. sz . - S. 1137-1148 . — PMID 19508187 .
7. ↑ Nardini M., Dijkstra BW Alfa/béta hidroláz fold enzimek: a család folyamatosan növekszik  (angol)  // Curr. Opin. Struktúra. Biol. : folyóirat. - 1999. - december ( 9. köt. , 6. sz.). - P. 732-737 . - doi : 10.1016/S0959-440X(99)00037-8 . — PMID 10607665 .
8. ↑ Nagano, N; Orengo, CA; Thornton, JM Egy hajtogatás sok funkcióval: a TIM hordócsaládok közötti evolúciós kapcsolatok szekvenciáik, struktúráik és funkcióik alapján. (angol)  // Journal of Molecular Biology : folyóirat. - 2002. - augusztus 30. ( 321. évf . , 5. sz.). - P. 741-765 . - doi : 10.1016/s0022-2836(02)00649-6 . — PMID 12206759 .
9. ↑ Farber, G. Evolúciós problémákkal teli α/β-hordó  (határozatlan)  // Current Opinion in Structural Biology. - 1993. - V. 3 , 3. sz . - S. 409-412 . - doi : 10.1016/S0959-440X(05)80114-9 .
10. ↑ SCOP (lefelé irányuló kapcsolat) . Hozzáférés dátuma: 2014. május 28. Az eredetiből archiválva : 2014. július 29. (határozatlan) 
11. ↑ Mohamed, M.F.; Hollfelder, F. Hatékony, keresztirányú katalitikus promiszkuitás a foszforil-transzfert katalizáló enzimek között. (angol)  // Biochimica et Biophysica Acta : folyóirat. - 2013. - január ( 1834. évf . , 1. sz.). - P. 417-424 . - doi : 10.1016/j.bbapap.2012.07.015 . — PMID 22885024 .