Мультибелковый комплекс

Комплекс рибонуклеазы Bacillus amyloliquefaciens , состоящий из барназы (слева) и её ингибитора барстара (справа). Барназа раскрашена в соответствии со своей вторичной структурой.

Мультибелковый комплекс (или просто белковый комплекс) представляет собой группу, состоящую из двух или более связанных полипептидных цепей. Различные полипептидные цепи могут иметь разнообразные функции. Мультибелковый комплекс отличается от мультиферментного полипептида, тем, что в последнем многочисленные каталитические домены находятся в одной полипептидной цепи[1].

Белковые комплексы являются формой четвертичной структуры. Белки, входящие в состав белковых комплексов, связаны нековалентными белок-белковыми взаимодействиями, а также различные белковые комплексы имеют различную степень устойчивости в течение времени. Эти комплексы являются краеугольным камнем многих (если не большинства) биологических процессов и вместе они образуют различные типы молекулярных машин, которые выполняют широкий спектр биологических функций. Всё чаще учёные рассматривают клетку в качестве компонента, состоящего из модульных надмолекулярных комплексов, каждый из которых выполняет независимую, дискретную биологическую функцию[2].

Благодаря близости, скорость взаимодействий и селективность связывания между ферментативным комплексом и субстратами могут быть значительно лучше, что приводит к более высокой клеточной эффективности. Многие из методов, используемых для вскрытия клеток и изолирования белков, по своей природе являются деструктивными для таких крупных комплексов и поэтому часто бывает трудно определить компоненты, входящих в белковый комплекс. Примером белковых комплексов являются протеасомы молекулярной деградации и большинство РНК-полимераз. В стабильных комплексах, крупные гидрофобные взаимодействия между белками обычно скрываются на площади поверхности более, чем 2500 квадратных ангстрем[3].

Типы белковых комплексов

[править | править код]

Облигатный и необлигатный белковый комплекс

[править | править код]

Если белок может самостоятельно (без участия других белков) образовывать стабильную складчатую структуру in vivo, то комплексы, образованные такими белками, называются «необлигатными белковыми комплексами». Однако некоторые белки не способны самостоятельно создавать стабильную складчатую структуру, но могут входить в состав белкового комплекса, который стабилизирует входящие в него белки. Такие белковые комплексы называются «облигатными белковыми комплексами»[4].

Временный и постоянный/стабильный белковый комплекс

[править | править код]

Временные белковые комплексы образуются и временно разрушаются in vivo, тогда как постоянные комплексы имеют относительно длительный период полураспада. Обычно облигатные взаимодействия (белок-белковые взаимодействия в облигатном комплексе) являются постоянными, тогда как необлигатные взаимодействия оказываются либо постоянными, либо временными[4]. Отметим, что чёткого различия между облигатным и необлигатным взаимодействием не существует, скорее между ними существует континуум, который зависит от различных условий, например, рН, концентрации белка и так далее[5]. Однако существуют важные различия между свойствами временных и постоянных/стабильных взаимодействий: стабильные взаимодействия высококонсервативны, а временные взаимодействия гораздо менее консервативны, взаимодействующие белки по обе стороны стабильного взаимодействия имеют бо́льшую тенденцию к совместной экспрессии, чем те, которые имеют временные взаимодействия (на самом деле вероятность совместной экспрессии между двумя временно взаимодействующими белками не выше, чем между двумя случайными белками), а временные взаимодействия гораздо менее колокализованы (совместно локализованы), чем стабильные взаимодействия[6]. Хотя временные взаимодействия по своей природе являются ограниченными, они очень важны для клеточной биологии: человеческий интерактом богат такого рода взаимодействиями, эти взаимодействия являются доминирующими участниками регуляции генов и передачи сигналов, а белки с внутренне неупорядоченными областями (IDR: области в белке, которые демонстрируют динамические взаимопреобразующие структуры в нативном состоянии) оказываются обогащены временными регуляторными и сигнальными взаимодействиями[4].

«Нечёткий» или структурно-беспорядочный белковый комплекс

[править | править код]

Нечёткие белковые комплексы имеют более одной структурной формы или динамический структурный беспорядок в связанном состоянии[7]. Это означает, что белки не могут полностью складываться ни в переходные (временные), ни в постоянные комплексы. Следовательно, конкретные комплексы могут иметь неоднозначные взаимодействия, которые меняются в зависимости от сигналов окружающей среды. Таким образом, различные ансамбли структур приводят к различным (даже противоположным) биологическим функциям[8]. Посттрансляционные модификации, белковые взаимодействия или альтернативный сплайсинг изменяют конформационные ансамбли нечётких комплексов для точного подстраивания к аффиности (сродству) или специфичности взаимодействий. Эти механизмы часто используются для регуляции эукариотического механизма транскрипции[9].

Эссенциальные (незаменимые) белки в белковых комплексах

[править | править код]
Эссенциальные белки в дрожжевых комплексах встречаются гораздо реже, чем это случайно ожидается. Изменено по Ryan et al. 2013[10].

Хотя некоторые ранние исследования[11] предполагали сильную корреляцию между эссенциальностью (незаменимостью) и степенью взаимодействия белков (правило «centrality-lethality»), последующие анализы показали, что эта корреляция слаба для бинарных или временных взаимодействий (например, двугибридная система-организм дрожжей)[12][13]. Однако корреляция устойчива для сетей стабильных совместных комплексных взаимодействий. Фактически, непропорционально большое количество незаменимых генов принадлежит белковым комплексам[14]. Это привело к выводу, что эссенциальность — это свойство молекулярных машин (т.е. комплексов), а не отдельных компонентов[14]. Wang et al. (2009) отметили, что более крупные белковые комплексы с большей вероятностью будут эссенциальными, что объясняет, почему незаменимые гены с большей вероятностью будут иметь высокую степень взаимодействия совместных комплексов[15]. Ryan et al (2013) назвали наблюдение за такого рода белковыми комплексами — модульной эссенциальностью[10]. Эти авторы также показали, что комплексы, как правило, состоят либо из незаменимых либо из заменимых белков, а не имеют случайного распределения (см. Рисунок). Однако этот феномен не относится к закону «всё или ничего»: только около 26 % (105/401) дрожжевых комплексов состоят исключительно из незаменимых или исключительно заменимых субъединиц[10].

У людей гены, чьи белковые продукты принадлежат к одному и тому же комплексу, с большей вероятностью приводят к одному и тому же фенотипу заболевания[16][17][18].

Определение структуры

[править | править код]

Молекулярная структура белковых комплексов может быть определена с помощью экспериментальных методов, таких как рентгеновская кристаллография, анализа отдельных частиц или ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Price N. C., Stevens L. Fundamentals of enzymology: The cell and molecular biology of catalytic protein (англ.). — Oxford ; New York: Oxford University Press, 1999. — ISBN 0-19-850229-X.
  2. ↑ Hartwell L. H., Hopfield J. J., Leibler S., Murray A. W. From molecular to modular cell biology (англ.) // Nature. — 1999. — December (vol. 402, no. 6761 Suppl). — P. C47—52. — doi:10.1038/35011540. — PMID 10591225.
  3. ↑ Pereira-Leal J. B., Levy E. D., Teichmann S. A. The origins and evolution of functional modules: lessons from protein complexes (англ.) // Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. : journal. — 2006. — March (vol. 361, no. 1467). — P. 507—517. — doi:10.1098/rstb.2005.1807. — PMID 16524839. — PMC 1609335.
  4. ↑ 1 2 3 Single-Gene and Whole-Genome Duplications and the Evolution of Protein–Protein Interaction Networks. Evolutionary genomics and systems biology // Evolutionary Genomics. — 2010. — P. 413–429. — doi:10.1002/9780470570418.ch19.
  5. ↑ Nooren IM, Thornton JM (July 2003). "Diversity of protein interactions". EMBO J. 22 (14): 3486—92. doi:10.1093/emboj/cdg359. PMC 165629. PMID 12853464.
  6. ↑ Brown KR, Jurisica I (2007). "Unequal evolutionary conservation of human protein interactions in interologous networks". Genome Biol. 8 (5): R95. doi:10.1186/gb-2007-8-5-r95. PMC 1929159. PMID 17535438.
  7. ↑ Tompa P, Fuxreiter M (January 2008). "Fuzzy complexes: polymorphism and structural disorder in protein–protein interactions". Trends Biochem. Sci. 33 (1): 2—8. doi:10.1016/j.tibs.2007.10.003. PMID 18054235.
  8. ↑ Fuxreiter M (January 2012). "Fuzziness: linking regulation to protein dynamics". Mol Biosyst. 8 (1): 168—77. doi:10.1039/c1mb05234a. PMID 21927770.
  9. ↑ Fuxreiter M, Simon I, Bondos S (August 2011). "Dynamic protein–DNA recognition: beyond what can be seen". Trends Biochem. Sci. 36 (8): 415—23. doi:10.1016/j.tibs.2011.04.006. PMID 21620710.
  10. ↑ 1 2 3 Ryan, C. J.; Krogan, N. J.; Cunningham, P; Cagney, G (2013). "All or nothing: Protein complexes flip essentiality between distantly related eukaryotes". Genome Biology and Evolution. 5 (6): 1049—59. doi:10.1093/gbe/evt074. PMC 3698920. PMID 23661563.
  11. ↑ Jeong, H; Mason, S. P.; Barabási, A. L.; Oltvai, Z. N. (2001). "Lethality and centrality in protein networks". Nature. 411 (6833): 41—2. arXiv:cond-mat/0105306. Bibcode:2001Natur.411...41J. doi:10.1038/35075138. PMID 11333967. S2CID 258942.
  12. ↑ Yu, H; Braun, P; Yildirim, M. A.; Lemmens, I; Venkatesan, K; Sahalie, J; Hirozane-Kishikawa, T; Gebreab, F; Li, N; Simonis, N; Hao, T; Rual, J. F.; Dricot, A; Vazquez, A; Murray, R. R.; Simon, C; Tardivo, L; Tam, S; Svrzikapa, N; Fan, C; De Smet, A. S.; Motyl, A; Hudson, M. E.; Park, J; Xin, X; Cusick, M. E.; Moore, T; Boone, C; Snyder, M; Roth, F. P. (2008). "High-quality binary protein interaction map of the yeast interactome network". Science. 322 (5898): 104—10. Bibcode:2008Sci...322..104Y. doi:10.1126/science.1158684. PMC 2746753. PMID 18719252.
  13. ↑ Zotenko, E; Mestre, J; O'Leary, D. P.; Przytycka, T. M. (2008). "Why do hubs in the yeast protein interaction network tend to be essential: Reexamining the connection between the network topology and essentiality". PLOS Computational Biology. 4 (8): e1000140. Bibcode:2008PLSCB...4E0140Z. doi:10.1371/journal.pcbi.1000140. PMC 2467474. PMID 18670624.
  14. ↑ 1 2 Hart, G. T.; Lee, I; Marcotte, E. R. (2007). "A high-accuracy consensus map of yeast protein complexes reveals modular nature of gene essentiality". BMC Bioinformatics. 8: 236. doi:10.1186/1471-2105-8-236. PMC 1940025. PMID 17605818.
  15. ↑ Wang, H; Kakaradov, B; Collins, S. R.; Karotki, L; Fiedler, D; Shales, M; Shokat, K. M.; Walther, T. C.; Krogan, N. J.; Koller, D (2009). "A complex-based reconstruction of the Saccharomyces cerevisiae interactome". Molecular & Cellular Proteomics. 8 (6): 1361—81. doi:10.1074/mcp.M800490-MCP200. PMC 2690481. PMID 19176519.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)
  16. ↑ Fraser, H. B.; Plotkin, J. B. (2007). "Using protein complexes to predict phenotypic effects of gene mutation". Genome Biology. 8 (11): R252. doi:10.1186/gb-2007-8-11-r252. PMC 2258176. PMID 18042286.
  17. ↑ Lage, K; Karlberg, E. O.; Størling, Z. M.; Olason, P. I.; Pedersen, A. G.; Rigina, O; Hinsby, A. M.; Tümer, Z; Pociot, F; Tommerup, N; Moreau, Y; Brunak, S (2007). "A human phenome-interactome network of protein complexes implicated in genetic disorders". Nature Biotechnology. 25 (3): 309—16. doi:10.1038/nbt1295. PMID 17344885. S2CID 5691546.
  18. ↑ Oti, M; Brunner, H. G. (2007). "The modular nature of genetic diseases". Clinical Genetics. 71 (1): 1—11. doi:10.1111/j.1399-0004.2006.00708.x. PMID 17204041. S2CID 24615025.

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Мультибелковый_комплекс&oldid=141249146