Войти
Пятеричная структура протеина относится к характеристикам поверхностей протеина, которые формируются эволюционная адаптация к физиологическому контексту живых клеток.. Таким образом, пятеричная структура является пятым уровнем сложности белка, дополнительным к белку первичной, вторичные, третичные и четвертичные структуры. В отличие от первых четырех уровней структуры белка, которые имеют отношение к изолированным белкам в условиях разбавления, пятикомпонентная структура возникает из-за скученности клеточного контекста, в котором постоянно происходят временные встречи между макромолекулами.
Для выполнения своих функций белкам часто требуется найти конкретный аналог, с которым они будут связываться в течение относительно длительного времени. В очень переполненном цитозоле, в котором белки участвуют в обширной и сложной сети притягивающих и отталкивающих взаимодействий, такой поиск становится сложной задачей, потому что он включает выборку огромного пространства возможных партнеров, из которых очень немногие будут продуктивными. Решение этой проблемы требует, чтобы белки тратили как можно меньше времени на каждую встречу, чтобы они могли исследовать большее количество поверхностей, одновременно делая это взаимодействие как можно более интимным, поэтому, если они действительно сталкиваются с правильным партнером, они не пропущу. В этом смысле пятеричная структура является результатом ряда адаптаций, присутствующих на поверхности белков, которые позволяют белкам ориентироваться в сложной клеточной среде.
Со смыслом с Термин пятеричная структура, который используется сегодня, впервые появился в работе МакКонки в 1989 году. В своей работе МакКонки запускает гели для 2D-электрофореза общего содержания белка в клетках хомяка (CHO ) и человека (HeLa ). В эксперименте с двумерным электрофорезом в геле координаты белка зависят от его молекулярной массы и его изоэлектрической точки. Учитывая эволюционное расстояние между людьми и хомяками и скорость эволюции, типичную для млекопитающих, можно было бы ожидать, что между хомяками и людьми произошло большое количество замен, часть из которых будет связана с кислыми (аспартат и глутамат ) и основные (аргинин и лизин ) остатки, что приводит к изменениям изоэлектрической точки многих белков. Поразительно, что клетки хомяка и человека дали почти идентичные отпечатки пальцев в эксперименте, что означает, что на самом деле произошло гораздо меньше этих замен. МакКонки предположил в этой статье, что причина, по которой белки людей и хомяков не расходились так сильно, как он ожидал, заключается в том, что дополнительное давление отбора должно быть связано со многими неспецифическими «взаимодействиями, которые по своей сути являются временными. », Испытываемые белками в цитоплазме и которые« составляют пятый уровень белковой организации ».
Несмотря на грубость эксперимента МакКонки, его интерпретация результатов была точной. Поверхности белков должны были не просто быть гидрофильными, они должны быть тщательно модулированы эволюцией и адаптированы к этой сети слабых взаимодействий, часто называемых пятичными взаимодействиями. Важно отметить, что белок-белковые взаимодействия, ответственные за возникновение пятикомпонентной структуры, фундаментально отличаются от специфических взаимодействий с белками. Последние являются результатом относительно высокостабильного связывания, часто связанного с функционально значимыми событиями, многие из которых уже описаны, в то время как первые часто интерпретируются как некоторый фоновый шум физиологически непродуктивных неправильных взаимодействий, которые усложняют интерпретацию белковых сетей и требуют следует избегать, чтобы могли продолжаться нормальные клеточные функции.
Временная природа этих встреч с белками усложняет изучение пятеричной структуры. В самом деле, взаимодействия, ответственные за этот верхний уровень белковой организации, являются слабыми и недолговечными, и, следовательно, не будут производить комплексы белок-белок, которые можно было бы выделить обычными биохимическими методами. Следовательно, пятеричную структуру можно понять только in vivo.
ЯМР в клетке - это экспериментальный метод, известный в области исследования пятеричной структуры белков. Физический принцип измерений идентичен принципу обычного белкового ЯМР, но эксперименты основаны на экспрессии высоких концентраций зондирующего белка, который должен оставаться растворимым и содержаться в клеточном пространстве; что вносит дополнительные трудности и ограничения. Однако эти эксперименты предоставляют критическую информацию о перекрестных помехах между пробным белком и внутриклеточной средой.
Ранние попытки использования внутриклеточного ЯМР для изучения пятикомпонентной структуры белка были затруднены из-за ограничения, вызванного самим явлением, которое они пытались понять. Многие протеины-зонды, протестированные в этих экспериментах, при измерении внутри клеток Escherichia coli давали широкие сигналы, близкие к пределу обнаружения метода. В частности, эти белки, казалось, падали, как если бы их молекулярная масса была намного больше, чем соответствующие их размеру. Эти наблюдения, по-видимому, указывают на то, что белки прилипают к другим макромолекулам, что могло бы привести к плохим релаксационным свойствам
. Другие эксперименты с ЯМР в клетках показали, что отдельные аминокислотные изменения поверхностных остатков могут использоваться для последовательной модуляции переворачивания трех разных белков внутри бактериальных клеток. Было показано, что заряженные и гидрофобные остатки оказывают наибольшее влияние на внутриклеточную подвижность белка. В частности, более отрицательно заряженные белки будут падать быстрее по сравнению с почти нулевыми или положительно заряженными белками. Напротив, присутствие многих гидрофобных остатков на поверхности белка замедлит внутриклеточное переворачивание белка. Было показано, что белок дипольный момент, мера разделения зарядов в белке, имеет значительный вклад в подвижность белка, где высокие дипольные моменты коррелируют с более медленным переворачиванием.
