Белковый комплекс

редактировать
Тип стабильного макромолекулярного комплекса Кинезин - это белковый комплекс, функционирующий как молекулярная биологическая машина. Он использует динамику домена белка на наномасштабе

A комплекс белка или мультипротеиновый комплекс представляет собой группу из двух или более связанных полипептидных цепей. Различные полипептидные цепи могут иметь разные функции. Это отличается от мультиферментного комплекса, в котором несколько каталитических доменов обнаружены в одной полипептидной цепи.

Белковые комплексы представляют собой форму четвертичной структуры. Белки в белковом комплексе связаны нековалентными взаимодействиями белок-белок, и разные белковые комплексы имеют разную степень стабильности во времени. Эти комплексы являются краеугольным камнем многих (если не большинства) биологических процессов, и вместе они образуют различные типы молекулярных механизмов, которые выполняют широкий спектр биологических функций. Видно, что клетка состоит из модульных супрамолекулярных комплексов, каждый из которых выполняет независимую, дискретную биологическую функцию.

Благодаря близости скорость и селективность связывающих взаимодействий между ферментативным комплексом и субстратами могут быть значительно улучшены, что приводит к к более высокой сотовой эффективности. Многие методы, используемые для взлома клеток и выделения белков, по своей природе разрушают такие большие комплексы, поэтому часто бывает трудно определить компоненты комплекса. Примеры белковых комплексов включают протеасому для молекулярной деградации и большинство РНК-полимераз. В стабильных комплексах большие гидрофобные поверхности раздела между белками обычно скрывают площади поверхности более 2500 квадратных Ås.

Содержание

  • 1 Функция
  • 2 Типы белковых комплексов
    • 2.1 Облигатный против необлигатного белкового комплекса
    • 2.2 Временный против постоянного / стабильного белкового комплекса
    • 2.3 Нечеткий комплекс
  • 3 Незаменимые белки в белковых комплексах
  • 4 Гомомультимерные и гетеромультимерные белки
    • 4.1 Внутригенная комплементация
  • 5 Определение структуры
  • 6 Сборка
    • 6.1 Эволюционное значение сборки мультибелковых комплексов
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Функция

Bacillus amyloliquefaciens рибонуклеаза барназа (окрашен) и его ингибитор (синий) в комплексе

Образование белкового комплекса иногда служит для активации или ингибирования одного или нескольких членов комплекса, и, таким образом, образование белкового комплекса может быть аналогично фосфорилированию. Отдельные белки могут участвовать в образовании множества различных белковых комплексов. Разные комплексы выполняют разные функции, и один и тот же комплекс может выполнять очень разные функции, которые зависят от множества факторов. Вот некоторые из этих факторов:

  • В каком клеточном компартменте находится комплекс, когда он содержится
  • На какой стадии клеточного цикла присутствуют комплексы
  • Состояние питания клетки
  • Другое

Многие белковые комплексы хорошо изучены, особенно в модельном организме Saccharomyces cerevisiae (штамм дрожжей). Для этого относительно простого организма исследование белковых комплексов в настоящее время проводится в масштабе всего генома, и продолжается выяснение большинства белковых комплексов дрожжей.

Типы белковых комплексов

Облигатный против не- облигатный белковый комплекс

Если белок может образовывать стабильную хорошо сложенную структуру сам по себе (без какого-либо другого ассоциированного белка) in vivo, то комплексы, образованные такими белками, называют «необлигатными белковыми комплексами». Однако нельзя обнаружить, что некоторые белки сами по себе создают стабильную хорошо сложенную структуру, но их можно найти как часть белкового комплекса, который стабилизирует составляющие белки. Такие белковые комплексы называются «облигатными белковыми комплексами».

Временные белковые комплексы по сравнению с постоянными / стабильными.

Временные белковые комплексы образуются и временно разрушаются in vivo, в то время как постоянные комплексы имеют относительно длинные половинки жизнь. Как правило, облигатные взаимодействия (белок-белковые взаимодействия в облигатном комплексе) являются постоянными, тогда как необязательные взаимодействия, как было установлено, являются постоянными или временными. Обратите внимание, что нет четкого различия между облигатным и необязательным взаимодействием, скорее между ними существует континуум, который зависит от различных условий, например pH, концентрация белка и т. д. Однако существуют важные различия между свойствами временных и постоянных / стабильных взаимодействий: стабильные взаимодействия высококонсервативны, но временные взаимодействия гораздо менее консервативны, взаимодействующие белки на двух сторонах стабильного взаимодействия имеют большую тенденцию к коэкспрессируются по сравнению с временным взаимодействием (фактически, вероятность совместной экспрессии между двумя временно взаимодействующими белками не выше, чем двумя случайными белками), а временные взаимодействия гораздо менее локализованы вместе, чем стабильные взаимодействия. Хотя временные по своей природе, временные взаимодействия очень важны для клеточной биологии: человеческий интерактом обогащен такими взаимодействиями, эти взаимодействия являются доминирующими игроками в регуляции генов и сигнальной трансдукции, а белки с внутренне неупорядоченными участками (IDR: участки в белке, которые показывают динамические взаимопревращающие структуры в нативном состоянии), как обнаружено, обогащены временными регуляторными и сигнальными взаимодействиями.

Нечеткий комплекс

Нечеткие белковые комплексы имеют более одной структурной формы или динамического структурного нарушения в связанное состояние. Это означает, что белки не могут полностью складываться ни в временные, ни в постоянные комплексы. Следовательно, определенные комплексы могут иметь неоднозначные взаимодействия, которые варьируются в зависимости от сигналов окружающей среды. Следовательно, разные ансамбли структур приводят к различным (даже противоположным) биологическим функциям. Посттрансляционные модификации, белковые взаимодействия или альтернативный сплайсинг модулируют конформационные ансамбли нечетких комплексов для точной настройки аффинности или специфичности взаимодействий. Эти механизмы часто используются для регуляции внутри эукариотического аппарата транскрипции.

Незаменимые белки в белковых комплексах

Незаменимые белки в дрожжевых комплексах встречаются гораздо менее случайным образом, чем ожидалось случайно. Изменено после того, как Райан и др. 2013

Хотя некоторые ранние исследования предполагали сильную корреляцию между существенностью и степенью взаимодействия белков (правило «центральность-летальность»), последующий анализ показал, что эта корреляция является слабой для бинарных или временных взаимодействий (например, дрожжевые двух- гибрид ). Однако корреляция устойчива для сетей стабильных сопряженных взаимодействий. Фактически, непропорционально большое количество эссенциальных генов принадлежит белковым комплексам. Это привело к выводу, что существенность - это свойство молекулярных машин (то есть комплексов), а не отдельных компонентов. Wang et al. (2009) отметили, что более крупные белковые комплексы с большей вероятностью будут иметь важное значение, объяснив, почему важные гены с большей вероятностью имеют высокую степень взаимодействия ко-комплексов. Райан и др. (2013) ссылаются на наблюдение, что целые комплексы кажутся существенными, как «модульная сущность ». Эти авторы также показали, что комплексы, как правило, состоят из незаменимых или несущественных белков, а не демонстрируют случайное распределение (см. Рисунок). Однако это не феномен «все или ничего»: только около 26% (105/401) дрожжевых комплексов состоят исключительно из незаменимых или исключительно несущественных субъединиц.

У людей гены, белковые продукты которых принадлежат к одному и тому же комплексу, являются с большей вероятностью приведет к тому же фенотипу заболевания.

Гомультимерные и гетеромультимерные белки

Субъединицы мультимерного белка могут быть идентичными, как в гомомультимерном (гомоолигомерном) белке, или разными, как в гетеромультимерном белке. Многие растворимые и мембранные белки образуют гомомультимерные комплексы в клетке, большинство белков в Protein Data Bank гомомультимерные. Гомоолигомеры отвечают за разнообразие и специфичность многих путей, могут опосредовать и регулировать экспрессию генов, активность ферментов, ионных каналов, рецепторов и процессы клеточной адгезии.

потенциал-управляемые калиевые каналы в плазматической мембране нейрона представляют собой гетеромультимерные белки, состоящие из четырех из сорока известных альфа-субъединиц. Субъединицы должны принадлежать к одному подсемейству, чтобы сформировать мультимерный белковый канал. Третичная структура канала позволяет ионам проходить через гидрофобную плазматическую мембрану. Коннексоны представляют собой пример гомомультимерного белка, состоящего из шести идентичных коннексинов. Кластер коннексонов образует щелевое соединение в двух нейронах, передающих сигналы через электрический синапс.

Внутригенная комплементация

Когда несколько копий полипептида, кодируемого геном, образуют комплекс, эта белковая структура называется мультимером. 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 явление упоминается как внутригенная комплементация (также называемая межаллельной комплементацией). Внутригенная комплементация была продемонстрирована во многих различных генах у множества организмов, включая грибы Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae и Schizosaccharomyces pombe ; бактерия Salmonella typhimurium; вирус , бактериофаг Т4, РНК-вирус и человека. В таких исследованиях многочисленные мутации, дефектные в одном и том же гене, часто были выделены и картированы в линейном порядке на основе частот рекомбинации для формирования генетической карты ген. Отдельно мутанты тестировали в парных комбинациях для измерения комплементации. Анализ результатов таких исследований привел к выводу, что внутригенная комплементация, как правило, возникает из-за взаимодействия различных дефектных мономеров полипептидов с образованием мультимера. Гены, которые кодируют полипептиды, образующие мультимеры, по-видимому, распространены. Одна интерпретация данных состоит в том, что полипептидные мономеры часто выровнены в мультимере таким образом, что мутантные полипептиды, дефектные в соседних сайтах генетической карты, имеют тенденцию образовывать смешанный мультимер, который плохо функционирует, тогда как мутантные полипептиды, дефектные в отдаленных сайтах, имеют тенденцию образовывать смешанный мультимер, который действует более эффективно. Межмолекулярные силы, вероятно, ответственные за самораспознавание и образование мультимеров, обсуждались Джеле.

Определение структуры

молекулярная структура белковых комплексов может быть определена экспериментальными методами, такими как как рентгеновская кристаллография, анализ отдельных частиц или ядерный магнитный резонанс. Все больше становится доступной теоретическая возможность стыковки белок-белок. Один метод, который обычно используется для идентификации мкомплексов иммунопреципитации. Недавно Райку и его коллеги разработали метод определения четвертичной структуры белковых комплексов в живых клетках. Этот метод основан на определении эффективности резонансной передачи энергии Фёрстера (FRET) на уровне пикселей в сочетании с двухфотонным микроскопом со спектральным разрешением. Распределение эффективности FRET моделируется на основе различных моделей, чтобы получить геометрию и стехиометрию комплексов.

Сборка

Правильная сборка мультибелковых комплексов важна, поскольку неправильная сборка может привести к катастрофическим последствиям. Чтобы изучить сборку пути, исследователи изучают промежуточные этапы пути. Одним из таких методов, который позволяет это сделать, является масс-спектрометрия с электрораспылением, которая может одновременно идентифицировать различные промежуточные состояния. Это привело к открытию, что большинство комплексов следует упорядоченному пути сборки. В тех случаях, когда возможна неупорядоченная сборка, переход от упорядоченного состояния к неупорядоченному приводит к переходу от функции к дисфункции комплекса, поскольку неупорядоченная сборка ведет к агрегации.

Структура белков играет роль. в том, как собирается мультипротеиновый комплекс. Интерфейсы между белками можно использовать для предсказания путей сборки. Внутренняя гибкость белков также играет роль: более гибкие белки обеспечивают большую площадь поверхности, доступную для взаимодействия.

Хотя сборка - это процесс, отличный от разборки, оба эти процесса обратимы как в гомомерных, так и в гетеромерных комплексах. Таким образом, весь процесс можно назвать (раз) сборкой.

Эволюционное значение сборки мультипротеиновых комплексов

В гомомультимерных комплексах гомомерные белки собираются таким образом, чтобы имитировать эволюцию. То есть промежуточное звено в процессе сборки присутствует в эволюционной истории комплекса. Противоположный феномен наблюдается в гетеромультимерных комплексах, где слияние генов происходит таким образом, чтобы сохранить исходный путь сборки.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 08:34:23
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте