Войти
A суперсемейство белков является самой большой группой (клады ) из белков для какие общие предки могут быть выведены (см. гомология ). Обычно это общее происхождение выводится из структурного выравнивания и механистического сходства, даже если сходство последовательностей не является очевидным. Гомология последовательностей затем может быть выведена, даже если не очевидна (из-за низкого сходства последовательностей). Суперсемейства обычно содержат несколько семейств белков, которые демонстрируют сходство последовательностей в каждом семействе. Термин «протеиновый клан» обычно используется для суперсемейств протеаз и гликозилгидролаз на основе систем классификации MEROPS и CAZy.
Выше вторичная структурная консервация 80 членов клана протеаз PA (суперсемейство). H обозначает α-спираль, E обозначает β-лист, L обозначает петлю. Ниже показано сохранение последовательности для того же выравнивания. Стрелки указывают остатки каталитической триады. Выравнивание на основе структуры по DALI Надсемейства белков идентифицируются с использованием ряда методов. Близкородственные члены могут быть идентифицированы разными методами, нежели те, которые необходимы для группировки наиболее эволюционно расходящихся членов.
A выравнивание последовательностей белков гистонов млекопитающих. Сходство последовательностей означает, что они возникли в результате дупликации гена. Остатки, которые сохраняются во всех последовательностях, выделены серым цветом. Ниже белковых последовательностей находится ключ, обозначающий консервативную последовательность (*), консервативные мутации (:), полуконсервативные мутации (.) И неконсервативные мутации (). Исторически сходство различных аминокислотных последовательностей было наиболее распространенным методом вывода гомологии. Сходство последовательностей считается хорошим предиктором родства, поскольку похожие последовательности более вероятны в результате дупликации гена и дивергентной эволюции, а не в результате конвергентной эволюции. Аминокислотная последовательность обычно более консервативна, чем последовательность ДНК (из-за вырожденного генетического кода ), поэтому это более чувствительный метод обнаружения. Поскольку некоторые аминокислоты имеют аналогичные свойства (например, заряд, гидрофобность, размер), консервативные мутации, которые меняют их местами, часто нейтральны для функционирования. Наиболее консервативные области последовательности белка часто соответствуют функционально важным областям, таким как каталитические сайты и сайты связывания, поскольку эти области менее устойчивы к изменениям последовательности.
Использование сходства последовательностей для вывода гомологии имеет несколько ограничений. Не существует минимального уровня сходства последовательностей, гарантирующего создание идентичных структур. В течение длительных периодов эволюции родственные белки могут не обнаруживать сходства последовательностей друг с другом. Последовательности с множеством вставок и делеций также иногда может быть трудно выровнять и таким образом идентифицировать области гомологичных последовательностей. В клане PA из протеаз, например, ни один остаток не сохраняется в суперсемействе, даже в каталитической триаде. И наоборот, отдельные семейства, составляющие суперсемейство, определяются на основе выравнивания их последовательностей, например, семейство протеазы C04 в клане PA.
Тем не менее, сходство последовательностей является наиболее часто используемой формой доказательства для вывода о родстве, поскольку количество известных последовательностей значительно превышает количество известных третичных структур. В отсутствие структурной информации сходство последовательностей ограничивает пределы того, какие белки могут быть отнесены к суперсемейству.
Структурная гомология в суперсемействе PA (PA клан). Красный бочонок, характеризующий суперсемейство, выделен красным. Показаны репрезентативные структуры из нескольких семейств суперсемейства PA. Обратите внимание, что некоторые белки имеют частично измененную структуру. химотрипсин (1gg6), протеаза вируса травления табака (1lvm), калицивирин (1 нед.), протеаза вируса западного нила (1fp7), токсин эксфолиатина (1exf), протеаза HtrA (1l1j), активатор плазминогена змеиного яда (1bqy), хлоропласт протеаза (4fln) и протеаза вируса артериита лошадей (1mbm). Структура гораздо более эволюционно консервативна, чем последовательность, так что белки с очень похожими структурами могут иметь совершенно разные последовательности. В течение очень длительного периода времени эволюции очень немногие остатки демонстрируют детектируемую консервацию аминокислотной последовательности, однако вторичные структурные элементы и третичные структурные мотивы являются высококонсервативными. Некоторые динамика белка и конформационные изменения структуры белка также могут быть консервативными, как видно в суперсемействе серпинов. Следовательно, третичную структуру белка можно использовать для обнаружения гомологии между белками, даже если в их последовательностях не осталось свидетельств родства. Программы структурного выравнивания, такие как DALI, используют трехмерную структуру интересующего белка для поиска белков с похожими складками. Однако в редких случаях родственные белки могут эволюционировать в структурно несходные, и о родстве можно судить только другими методами.
каталитический механизм ферментов внутри суперсемейство обычно является консервативным, хотя специфичность субстрата может значительно отличаться. Каталитические остатки также имеют тенденцию располагаться в том же порядке в последовательности белка. Семейства протеаз в клане PA, хотя произошла дивергентная эволюция остатков каталитической триады, используемых для проведения катализа, все члены используют аналогичный механизм для выполнения ковалентного нуклеофильного катализа на белки, пептиды или аминокислоты. Однако одного механизма недостаточно, чтобы сделать вывод о родстве. Некоторые каталитические механизмы были конвергентно эволюционировали несколько раз независимо друг от друга и, таким образом, сформировали отдельные суперсемейства, а в некоторых суперсемействах обнаруживается ряд различных (хотя часто химически подобных) механизмов.
Суперсемейства белков представляют текущие пределы нашей способности определять общее происхождение. Это самая большая эволюционная группировка, основанная на прямых свидетельствах, которые возможны в настоящее время. Таким образом, они являются одними из самых древних эволюционных событий, изученных в настоящее время. Некоторые суперсемейства имеют членов, присутствующих во всех царствах жизни, что указывает на то, что последний общий предок этого суперсемейства был в последнем универсальном общем предке всей жизни (LUCA
Члены надсемейства могут принадлежать к разным видам, причем предковый белок является формой белка, существовавшего у предковых видов (ортология ). И наоборот, белки могут принадлежать к одному виду, но произошли от одного белка, ген которого был продублирован в геноме (паралогия ).
Большинство белков содержат несколько доменов. От 66 до 80% эукариотических белков имеют несколько доменов, а около 40-60% прокариотических белков имеют несколько доменов. Со временем многие суперсемейства доменов смешались. Фактически, очень редко можно найти «последовательно изолированные суперсемейства». Когда домены действительно объединяются, порядок доменов с N- на C-терминал («доменная архитектура») обычно хорошо сохраняется. Кроме того, количество комбинаций доменов, наблюдаемых в природе, мало по сравнению с количеством возможных, что предполагает, что отбор действует на все комбинации.
суперсемейство α / β гидролаз - Члены разделяют α / β-лист, содержащий 8 цепей, соединенных спиралями, с остатками каталитической триады в том же порядке, активности включают протеазы, липазы, пероксидазы, эстеразы, эпоксидгидролазы и дегалогеназы.
суперсемейство щелочных фосфатаз - Члены имеют сэндвич-структуру αβα, а также выполняют общие беспорядочные реакции с помощью общего механизма.
Суперсемейство глобинов - Члены имеют общую 8- альфа-спираль глобулярная глобиновая складка.
Суперсемейство иммуноглобулинов - члены имеют сэндвич-подобную структуру из двух листов антипараллельных β-цепей (Ig- fold ) и участвуют в распознавании, связывании и adh esion.
PA clan - Члены разделяют химотрипсин -подобную двойную β-бочку складку и аналогичные механизмы протеолиза, но идентичность последовательностей <10%. The clan contains both цистеин и сериновые протеазы (разные нуклеофилы ).
надсемейство Ras - члены имеют общий каталитический домен G 6-нитевого β-листа, окруженного 5 α-спиралей.
Суперсемейство серпинов - члены разделяют высокоэнергетическую стрессовую складку, которая может претерпевать большое конформационное изменение, которое обычно используется для ингибирования серина и цистеиновые протеазы путем нарушения их структуры.
Суперсемейство TIM-бочонок - члены имеют общую структуру бочкообразного α 8β8. Это одна из наиболее распространенных белковых складок, и монофильность этого суперсемейства до сих пор оспаривается.
Несколько биологические базы данных документируют суперсемейства белков и складки белков, например:
Аналогичным образом существуют алгоритмы, которые ищут в PDB белки со структурной гомологией с мишенью. структура, например:
СМИ, относящиеся к суперсемействам белков на Wikimedia Commons