Proteinski kompleks

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Kinezin je proteinski kompleks koji funkcionira kao molekulska biološka mašina. Koristi dinamiku domena proteina na nanoskalama.

Proteinski kompleks ili multiproteinski kompleks je grupa od dva ili više povezanih polipeptidnih lanaca, u kojem se višestruki katalitski domeni nalaze u jednom od polipeptidnih lanaca. Različiti polipeptidni lanci mogu imati različite funkcije. Ovo se razlikuje od multienzimskog lanca.[1]

Proteinski kompleksi su oblik kvaternarne strukture. Proteini u proteinskom kompleksu povezani su nekovalentnim interakcijama protein-protein, a različiti proteinski kompleksi imaju različit stupanj stabilnosti tokom vremena. Ovi kompleksi su temelj mnogih (ako ne i većine) bioloških procesa i zajedno čine različite tipove molekulskih mašina, koje izvršavaju širok spektar bioloških funkcija. Čini se da se ćelija sastoji od modularnih supramolekulskih kompleksa, od kojih svaki obavlja neovisnu, diskretnu biološku funkciju.[2]

Zahvaljujući blizini, brzini i selektivnosti interakcija vezanja između enzimskog kompleksa i supstrata, mogu se znatno poboljšati, što dovodi do veće ćelijske efikasnosti. Mnoge tehnike koje se koriste za razbijanje otvorenih ćelija i izolaciju proteina same po sebi remete tako velike komplekse, pa je često teško odrediti njihove komponente. Primjeri proteinskih kompleksa uključuju proteasom za molekulsku razgradnju i većinu RNK-polimeraza. U stabilnim kompleksima, velike hidrofobne veze između proteina obično zatrpavaju površine veće od 2.500 kvadratnih Å ..[3]

Funkcija[uredi | uredi izvor]

Bacillus amyloliquefaciens : ribonukleaza barnaza (obojena) i njen inhibitor (plava) u kompleksu

Stvaranje proteinskog kompleksa ponekad služi za aktiviranje ili inhibiciju jednog ili više njegovih članova i na taj način stvaranje proteinskog kompleksa može biti slično fosforilaciji. Pojedinačni proteini mogu učestvovati u stvaranju niza različitih proteinskih kompleksa. Različiti kompleksi vrše različite funkcije, a isti kompleks može obavljati vrlo različite funkcije koje ovise o raznim faktorima. Neki od ovih faktora su:

  • U kojem je ćelijskom odjeljku kompleks kad se u njemu nalazi;
  • U kojoj su fazi ćelijskog ciklusa prisutni kompleksi;
  • Nutritivni status ćelije.

Mnogi proteinski kompleksi su dobro razumljivi, posebno u modelnom organizmu Saccharomyces cerevisiae (kvasac). Za ovaj relativno jednostavan organizam, proučavanje proteinskih kompleksa sada se izvodi širom genoma, a razjašnjavanje većine proteinskih kompleksa kvasca je u toku.

Tipovi proteinskih kompleksa[uredi | uredi izvor]

Obaveznii i neobavezni proteinski kompleks[uredi | uredi izvor]

Ako protein može sam da formira stabilnu dobro presavijenu strukturu (bez ikakvog drugog povezanog proteina) in vivo, tada se kompleksi koji nastaju od takvih proteina nazivaju "neobavezni (neobligatni) proteinski kompleksi". Međutim, neki proteini ne mogu samo da stvore stabilnu dobro presavijenu strukturu, već se mogu naći kao dio proteinskog kompleksa koji stabilizira sastavne proteine. Takvi se proteinski kompleksi nazivaju "obvezni (obligatni) proteinski kompleksi" .[4]

Prolazni i trajni / stabilni proteinski kompleks[uredi | uredi izvor]

Prolazni proteinski kompleksi stvaraju se i privremeno razgrađuju in vivo, dok trajni kompleksi imaju relativno dug poluživot. Tipski su obvezne interakcije (interakcije protein-protein u obligatnom kompleksu) trajne, dok je utvrđeno da su neobligatne interakcije trajne ili privremene.[4] Pritom ne postoji jasna razlika između obaveznh i neobaveznih interakcija, nego između njih postoji kontinuum koji ovisi o različitim uvjetima, npr pH, koncentracija proteina itd.[5] Međutim, postoje važne razlike između svojstava privremenih i trajnih / stabilnih interakcija: stabilne su visoko očuvane, ali privremene su daleko manje očuvane, a proteini na dvije strane stabilne interakcije imaju veću tendenciju koekspresije privremene interakcije (u stvari, vjerovatnoća koekspresije između dva privremeno interakcijska proteina nije veća od dva slučajna proteina). Prijelazne su mnogo manje lokalizirane od stabilnih interakcija.[6] Iako su po prirodi prolazne interakcije vrlo važne za ćelijsku biologiju (ljudski interaktom je obogaćen takvim interakcijama), te interakcije su dominantne u regulaciji gena i transdukciji signala, a proteini sa suštinski poremećenim regijama (IDR: regije u proteinima koji pokazuju dinamičke međusobno konvertirajuće strukture u nativnom stanju) utvrđeno je da su obogaćene privremenim regulatornim i signalnim interakcijama.[4]

Nejasni kompleks[uredi | uredi izvor]

Nejasni proteinski kompleksi imaju više od jednog strukturnog oblika ili dinamičkog strukturnog poremećaja u vezanom stanju.[7] To znači da se proteini možda neće potpuno saviti ni u prolaznim ni u trajnim kompleksima. Prema tome, specifični kompleksi mogu imati dvosmislene interakcije, koje se razlikuju u skladu sa signalima okoline. Stoga različit sastav struktura rezultira različitim (čak i suprotnim) biološkim funkcijama.[8] Post-translacijske modifikacije, interakcije proteina ili alternativno spajanje moduliraju konformacijski ansambli nejasnih kompleksa, kako bi fino podesili afinitet ili specifičnost interakcija. Ovi mehanizmi se često koriste za regulaciju unutar eukariotske transkripcijske mašine.[9]

Esencijalni proteini u proteinskim kompleksima[uredi | uredi izvor]

Esencijalni proteini u kompleksima kvasca javljaju se mnogo manje slučajno nego što se slučajno očekivalo. Izmijenjeno prema Ryan et al., 2013.[10]

Iako su neke rane studije [11] sugerirale snažnu korelaciju između suštinske važnosti i stupnja interakcije s proteinima (pravilo centralnost-letalnost), naknadne analize pokazale su da je ta korelacija slaba za binarne ili prolazne interakcije (npr. dvohibridni kvasac).[12][13] Međutim, korelacija je robusna za mreže stabilnih složenih interakcija. U stvari, nesrazmjerni broj esencijalnih gena pripada proteinskim kompleksima.[14] To je dovelo do zaključka da je bitno svojstvo molekulskih mašina (tj. kompleksa), a ne pojedinačnih komponenata.[14] Wang i sur. (2009) primijetili su da je vjerovatno da će veći proteinski kompleksi biti esencijalni, objašnjavajući zašto je vjerovatno da esencijalni geni imaju visok stupanj interakcije kokompleksa.[15] Ryan et al. (2013) pozvali su se na zapažanje da se čitavi kompleksi čine bitnim kao modularna bitnost.[10] Ovi autori su također pokazali da se kompleksi obično sastoje od esencijalnih ili neesencijalnih proteina, umjesto da pokazuju nasumičnu raspodjelu (vidi sliku). Međutim, ovo nije fenomen sve ili ništa: samo oko 26% (105/401) kompleksa kvasca sastoji se od isključivo esencijalnih ili isključivo neesencijalnih podjedinica.[10]

Kod ljudi, geni čiji proteinski proizvodi pripadaju istom kompleksu vjerovatnije rezultiraju sintezom istih fenotipova bolesti.[16][17][18]

Homomultimerni i heteromultimerni proteini[uredi | uredi izvor]

Podjedinice multimernog proteina mogu biti identične kao u homomultimernom (homooligomernom) ili različite kao u heteromultimernom proteinu. Mnogi topivi i membranski proteini formiraju homomultimerne komplekse u ćeliji, a većina proteina u Proteinskoj banci podataka su homomultimerni.[19] Homooligomeri su odgovorni za raznolikost i specifičnost mnogih puteva, a mogu posredovati i regulirati ekspresiju gena, aktivnost enzima, ionskih kanala, receptora i procesa adhezije ćelija.

Naponski kalijevi kanali u plazmatskoj membrani neurona su heteromultimerni proteini koji se sastoje od četiri od četrdeset poznatih alfa podjedinica. Podjedinice moraju biti iz iste potporodice da bi formirale multimerni proteinski kanal. Tercijarna struktura kanala omogućava propuštanje iona kroz hidrofobnu plazmatsku membranu. Koneksoni su primjer homomultimernog proteina koji se sastoji od šest identičnih koneksina. Skupina koneksona formira jazni spoj u dva neurona koji prenose signale kroz električnu sinapsu.

Intragenska komplementacija[uredi | uredi izvor]

Kada višestruke kopije polipeptida kodiranog genom tvore kompleks, ova struktura proteina naziva se multimer. Kada se multimer formira od polipeptida proizvedenih od dva različita mutantna alela određenog gena, miješani multimer može pokazivati veću funkcijsku aktivnost od nemiješanih multimera koje formira svaki od mutanata sam. U takvom slučaju, fenomen se naziva intragenska komplementacija (koja se naziva i interalelna komplementacija). Intragenska komplementacija prikazana je u mnogim različitim genima u raznim organizmima, uključujući gljive Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae i Schizosaccharomyces pombe, bakteriju Salmonella tiphimurium, virus bakteriofag T4,[20] RNK virus[21] i ljudi.[22] U takvim studijama, brojni mutacijski defekti u istom genu često su izolirani i mapirani linearnim redoslijedom na osnovu frekvencija rekombinacija, da bi se formirala genetička mapa gena. Odvojeno, mutanti su testirani u parnim kombinacijama za mjerenje komplementacije. Analiza rezultata takvih studija dovela je do zaključka da intragenska komplementacija, općenito, proizlazi iz interakcije različito neispravnih monomera u polipeptidu, da bi se stvorio multimer.[23] Geni koji kodiraju polipeptide koji tvore multimere su uobičajeni. Jedno tumačenje podataka je da su polipeptidni monomeri često poravnati u multimeru na takav način da mutirani polipeptidi, oštećeni na obližnjim mjestima na genetićkoj mapi, teže tvore mješoviti multimer koji loše funkcionira. Mutirani polipeptidi oštećeni na udaljenim mjestima teže da nastanu mješoviti multimer koji djeluje efikasnije. Jehle je diskutirao o intermolekulskim silama koje su vjerovatno odgovorne za samoprepoznavanje i stvaranje multimera.[24]

Određivanje strukture[uredi | uredi izvor]

Molekulska struktura proteinskih kompleksa može se odrediti eksperimentalnim tehnikama kao što su rendgenska kristalografija, analiza pojedinačnih čestica ili nuklearna magnetna rezonanca. Sve više postaje dostupna i teorijska opcija zvana spajanje proteina i proteina, jedan od metoda koji se obično koristi za identifikaciju kompleksa. Nedavno su Raicu i saradnici razvili metod za određivanje kvaternarne strukture proteinskih kompleksa u živim ćelijama. Ovaj metod se zasniva na određivanju efikasnosti na nivou piksela Försterovog prijenosa rezonantne energije (FRET), u sprezi sa spektarski razlučenim dvofotonskim mikroskopom. Raspodela FRET efikasnosti simulira se na osnovu različitih modela, da bi se dobila geometrija i stehiometrija kompleksa.[25]

Sklapanje[uredi | uredi izvor]

Pravilno sastavljanje multiproteinskih kompleksa je važno, jer pogrešno sklapanje može dovesti do katastrofalnih posljedica.[26] Da bi se proučavao put sklapanja, istraživači proučavaju posredne korake. Jedna od takvih tehnika koja to omogućava je elektrosprejna masena spektrometrija, koja može istovremeno identificurati različita međustanja. To je dovelo do otkrića da većina kompleksa slijedi uređeni put montaže.[27] U slučajevima kada je moguće nesređeno sklapanje, promjena iz uređenog u nesređeno stanje dovodi do prijelaza iz funkcije u disfunkciju kompleksa, jer neuređeni sklop dovodi do agregacije.[28]

U sastavljanju multiproteinskog kompleksa, posebnu ulogu ima struktura proteina. Sučelja između proteina mogu se koristiti za predviđanje puteva agregacije.[27] Uticajna fleksibilnost proteina također ima određenu ulogu: fleksibilniji proteini omogućavaju veću površinu dostupnu za interakciju.[29]

While assembly is a different process from disassembly, the two are reversible in both homomeric and heteromeric complexes. Thus, the overall process can be referred to as (dis)assembly.

Evolucijski značaj sklopa multiproteinskih kompleksa[uredi | uredi izvor]

U homomultimernim kompleksima, homomerni proteini se okupljaju na način koji oponaša evoluciju. Odnosno, međuprodukt u procesu sastavljanja prisutan je u evolucijskoj historiji kompleksa.[30] Suprotan fenomen uočen je u heteromultimernim kompleksima, gdje se fuzija gena događa na način koji čuva izvorni put okupljanja.[27]

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Price NC, Stevens L (1999). Fundamentals of Enzymology: The Cell and Molecular Biology of Catalytic Proteins (3rd izd.). Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-850229-X.
  2. ^ Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW (decembar 1999). "From molecular to modular cell biology". Nature. 402 (6761 Suppl): C47–52. doi:10.1038/35011540. PMID 10591225.
  3. ^ Pereira-Leal JB, Levy ED, Teichmann SA (mart 2006). "The origins and evolution of functional modules: lessons from protein complexes". Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 361 (1467): 507–17. doi:10.1098/rstb.2005.1807. PMC 1609335. PMID 16524839.
  4. ^ a b c Amoutzias G, Van de Peer Y (2010). "Single-Gene and Whole-Genome Duplications and the Evolution of Protein–Protein Interaction Networks. Evolutionary genomics and systems biology". u Caetano-Anolles G (ured.). Evolutionary Genomics. str. 413–429. doi:10.1002/9780470570418.ch19.
  5. ^ Nooren IM, Thornton JM (juli 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 (januar 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 (januar 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. ^ a b c 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.
  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. ^ a b 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.
  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.
  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.
  19. ^ Hashimoto K, Nishi H, Bryant S, Panchenko AR (juni 2011). "Caught in self-interaction: evolutionary and functional mechanisms of protein homooligomerization". Phys Biol. 8 (3): 035007. Bibcode:2011PhBio...8c5007H. doi:10.1088/1478-3975/8/3/035007. PMC 3148176. PMID 21572178.
  20. ^ Bernstein, H; Edgar, RS; Denhardt, GH (juni 1965). "Intragenic Complementation among Tempterature Sensitive Mutants of Bacteriophage T4D". Genetics. 51: 987–1002. PMC 1210828. PMID 14337770.
  21. ^ Smallwood S, Cevik B, Moyer SA. Intragenic complementation and oligomerization of the L subunit of the sendai virus RNA polymerase. Virology. 2002;304(2):235-245. doi:10.1006/viro.2002.1720
  22. ^ Rodríguez-Pombo P, Pérez-Cerdá C, Pérez B, Desviat LR, Sánchez-Pulido L, Ugarte M. Towards a model to explain the intragenic complementation in the heteromultimeric protein propionyl-CoA carboxylase. Biochim Biophys Acta. 2005;1740(3):489-498. doi:10.1016/j.bbadis.2004.10.009
  23. ^ Crick FH, Orgel LE. The theory of inter-allelic complementation. J Mol Biol. 1964 Jan;8:161-5. doi: 10.1016/s0022-2836(64)80156-x. PMID 14149958
  24. ^ Jehle H. Intermolecular forces and biological specificity. Proc Natl Acad Sci U S A. 1963;50(3):516-524. doi:10.1073/pnas.50.3.516
  25. ^ Raicu V, Stoneman MR, Fung R, Melnichuk M, Jansma DB, Pisterzi LF, Rath S, Fox, M, Wells, JW, Saldin DK (2008). "Determination of supramolecular structure and spatial distribution of protein complexes in living cells". Nature Photonics. 3 (2): 107–113. doi:10.1038/nphoton.2008.291.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  26. ^ Dobson, Christopher M (decembar 2003). "Protein folding and misfolding". Nature. 426 (6968): 884–90. Bibcode:2003Natur.426..884D. doi:10.1038/nature02261. PMID 14685248.
  27. ^ a b c Marsh JA, Hernández H, Hall Z, Ahnert SE, Perica T, Robinson CV, Teichmann SA (Apr 2013). "Protein complexes are under evolutionary selection to assemble via ordered pathways". Cell. 153 (2): 461–470. doi:10.1016/j.cell.2013.02.044. PMC 4009401. PMID 23582331.
  28. ^ Sudha, Govindarajan; Nussinov, Ruth; Srinivasan, Narayanaswamy (2014). "An overview of recent advances in structural bioinformatics of protein-protein interactions and a guide to their principles". Progress in Biophysics and Molecular Biology. 116 (2–3): 141–50. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2014.07.004. PMID 25077409.
  29. ^ Marsh, Joseph; Teichmann, Sarah A (maj 2014). "Protein flexibility facilitates quaternary structure assembly and evolution". PLOS Biology. 12 (5): e1001870. doi:10.1371/journal.pbio.1001870. PMC 4035275. PMID 24866000.
  30. ^ Levy, Emmanuel D; Boeri Erba, Elisabetta; Robinson, Carol V; Teichmann, Sarah A (juli 2008). "Assembly reflects evolution of protein complexes". Nature. 453 (7199): 1262–5. Bibcode:2008Natur.453.1262L. doi:10.1038/nature06942. PMC 2658002. PMID 18563089.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Šablon:Proteinake teme