Proteinkomplex - Protein complex
Ett proteinkomplex eller multiproteinkomplex är en grupp av två eller flera associerade polypeptidkedjor . Olika polypeptidkedjor kan ha olika funktioner. Detta skiljer sig från ett multienzymkomplex där flera katalytiska domäner finns i en enda polypeptidkedja.
Proteinkomplex är en form av kvartär struktur. Proteiner i ett proteinkomplex är länkade genom icke-kovalenta protein-protein-interaktioner , och olika proteinkomplex har olika grader av stabilitet över tiden. Dessa komplex är en hörnsten i många (om inte de flesta) biologiska processer och tillsammans bildar de olika typer av molekylära maskiner som utför ett stort antal biologiska funktioner. Det ses att cellen består av modulära supramolekylära komplex, som var och en utför en oberoende, diskret biologisk funktion.
Genom närhet kan hastigheten och selektiviteten hos bindningsinteraktioner mellan enzymatiskt komplex och substrat förbättras avsevärt, vilket leder till högre cellulär effektivitet. Många av de tekniker som används för att bryta upp celler och isolera proteiner är i sig störande för så stora komplex, så det är ofta svårt att bestämma komponenterna i ett komplex. Exempel på proteinkomplex inkluderar proteasomen för molekylär nedbrytning och de flesta RNA -polymeraser . I stabila komplex begraver stora hydrofoba gränssnitt mellan proteiner vanligtvis ytor större än 2500 kvadrat Ås .
Fungera
Proteinkomplexbildning tjänar ibland till att aktivera eller hämma en eller flera av de komplexa medlemmarna och på detta sätt kan proteinkomplexbildning likna fosforylering . Enskilda proteiner kan delta i bildandet av en mängd olika proteinkomplex. Olika komplex utför olika funktioner, och samma komplex kan utföra mycket olika funktioner som är beroende av en mängd olika faktorer. Några av dessa faktorer är:
- Vilket mobilfack komplexet finns i när det finns
- Vilket stadium i cellcykeln komplexen finns
- Näringsstatus för cellen
Många proteinkomplex är väl förstådda, särskilt i modellorganismen Saccharomyces cerevisiae (en jäststam). För denna relativt enkla organism utförs nu studier av proteinkomplex genom genomet och belysningen av de flesta proteinkomplex av jästen pågår.
Typer av proteinkomplex
Obligat vs icke-obligatoriskt proteinkomplex
Om ett protein kan bilda en stabil välvikt struktur på egen hand (utan något annat associerat protein) in vivo , kallas de komplex som bildas av sådana proteiner "icke-obligatoriska proteinkomplex". Vissa proteiner kan dock inte hittas skapa en stabil välvikt struktur ensam, men kan hittas som en del av ett proteinkomplex som stabiliserar de ingående proteinerna. Sådana proteinkomplex kallas "obligatoriska proteinkomplex".
Övergående vs permanent/stabilt proteinkomplex
Övergående proteinkomplex bildas och bryts ned övergående in vivo , medan permanenta komplex har en relativt lång halveringstid. Normalt är obligatoriska interaktioner (protein-protein-interaktioner i ett obligat komplex) permanenta, medan icke-obligatoriska interaktioner har befunnits vara antingen permanenta eller övergående. Observera att det inte finns någon tydlig skillnad mellan obligatorisk och icke-obligatorisk interaktion, utan det finns ett kontinuum mellan dem som beror på olika förhållanden, t.ex. pH, proteinkoncentration etc. Det finns dock viktiga skillnader mellan egenskaperna hos övergående och permanenta/stabila interaktioner. : stabila interaktioner är mycket bevarade men övergående interaktioner är mycket mindre bevarade, interagerande proteiner på de två sidorna av en stabil interaktion har mer tendens att vara co-uttryckta än de för en övergående interaktion (i själva verket är sannolikheten för co-uttryck mellan två transient interagerande) proteiner är inte högre än två slumpmässiga proteiner), och övergående interaktioner är mycket mindre samlokaliserade än stabila interaktioner. Även om transienta interaktioner av natur är övergående mycket viktiga för cellbiologi: den mänskliga interaktomen är berikad med sådana interaktioner, dessa interaktioner är de dominerande aktörerna för genreglering och signaltransduktion och proteiner med regioner med inneboende störningar (IDR: regioner i protein som visa dynamiska interkonverterande strukturer i det ursprungliga tillståndet) befanns berikas i övergående reglerings- och signalinteraktioner.
Luddigt komplex
Fuzzy proteinkomplex har mer än en strukturell form eller dynamisk strukturell störning i det bundna tillståndet. Detta innebär att proteiner inte får vikas helt i varken övergående eller permanenta komplex. Följaktligen kan specifika komplex ha tvetydiga interaktioner, som varierar beroende på miljösignalerna. Därför resulterar olika strukturer i olika (till och med motsatta) biologiska funktioner. Eftertranslationella modifieringar, proteininteraktioner eller alternativ splitsning modulerar konformationsensemblerna för otydliga komplex för att finjustera affinitet eller specificitet hos interaktioner. Dessa mekanismer används ofta för reglering inom eukaryota transkriptionsmaskiner .
Viktiga proteiner i proteinkomplex
Även om vissa tidiga studier föreslog en stark korrelation mellan väsentlighet och proteininteraktionsgrad ("centralitet-dödlighet" -regeln) har efterföljande analyser visat att denna korrelation är svag för binära eller övergående interaktioner (t.ex. jäst-tvåhybrid ). Korrelationen är dock robust för nätverk av stabila ko-komplexa interaktioner. Faktum är att ett oproportionerligt antal väsentliga gener tillhör proteinkomplex. Detta ledde till slutsatsen att väsentlighet är en egenskap hos molekylära maskiner (dvs komplex) snarare än enskilda komponenter. Wang et al. (2009) noterade att större proteinkomplex är mer benägna att vara väsentliga, vilket förklarar varför väsentliga gener är mer benägna att ha hög ko-komplex interaktionsgrad. Ryan et al. (2013) hänvisade till observationen att hela komplex verkar väsentliga som " modulär väsentlighet ". Dessa författare visade också att komplex tenderar att vara sammansatta av antingen essentiella eller icke-väsentliga proteiner snarare än att visa en slumpmässig fördelning (se figur). Detta är emellertid inte ett allt eller ingenting -fenomen: endast cirka 26% (105/401) av jästkomplexen består av enbart väsentliga eller enbart icke -väsentliga subenheter.
Hos människor är gener vars proteinprodukter tillhör samma komplex mer sannolikt att resultera i samma sjukdomsfenotyp.
Homomultimera och heteromultimera proteiner
Subenheterna för ett multimeriskt protein kan vara identiska som i ett homomultimert (homooligomert) protein eller olika som i ett heteromultimert protein. Många lösliga och membranproteiner bildar homomultimera komplex i en cell, majoriteten av proteinerna i Proteindatabanken är homomultimera. Homooligomerer är ansvariga för mångfalden och specificiteten hos många vägar, kan förmedla och reglera genuttryck, enzymaktivitet, jonkanaler, receptorer och celladhesionsprocesser.
De spänningsstyrda kaliumkanalerna i plasmamembranet hos en neuron är heteromultimera proteiner sammansatta av fyra av fyrtio kända alfa-subenheter. Underenheter måste vara av samma underfamilj för att bilda den multimeriska proteinkanalen. Kanalens tertiära struktur tillåter joner att flöda genom det hydrofoba plasmamembranet. Connexons är ett exempel på ett homomultimert protein som består av sex identiska connexiner . Ett kluster av anslutningar bildar gap-övergången i två neuroner som överför signaler genom en elektrisk synaps.
Intragen komplement
När flera kopior av en polypeptid som kodas av en gen bildar ett komplex, kallas denna proteinstruktur som en multimer. När en multimer bildas av polypeptider producerade av två olika mutanta alleler av en viss gen, kan den blandade multimeren uppvisa större funktionell aktivitet än de icke -blandade multimererna som bildas av var och en av mutanterna ensam. I ett sådant fall kallas fenomenet intragenisk komplementation (även kallad interallelisk komplementation). Intragenisk komplementation har påvisats i många olika gener i en mängd olika organismer inklusive svamparna Neurospora crassa , Saccharomyces cerevisiae och Schizosaccharomyces pombe ; bakterien Salmonella typhimurium ; viruset bakteriofag T4 , ett RNA-virus och människor. I sådana studier isolerades och kartlades många mutationer som var defekta i samma gen i en linjär ordning på grundval av rekombinationsfrekvenser för att bilda en genetisk karta över genen. Separat testades mutanterna i parvisa kombinationer för att mäta komplement. En analys av resultaten från sådana studier ledde till slutsatsen att intragenisk komplementation i allmänhet uppstår från interaktionen mellan olika defekta polypeptidmonomerer för att bilda en multimer. Gener som kodar för multimerbildande polypeptider verkar vara vanliga. En tolkning av data är att polypeptidmonomerer ofta är inriktade i multimeren på ett sådant sätt att mutanta polypeptider defekta på närliggande platser på den genetiska kartan tenderar att bilda en blandad multimer som fungerar dåligt, medan mutanta polypeptider som är defekta på avlägsna platser tenderar att bildas en blandad multimer som fungerar mer effektivt. De intermolekylära krafter som sannolikt är ansvariga för självigenkänning och multimerbildning diskuterades av Jehle.
Strukturbestämning
Den molekylära strukturen av proteinkomplex kan bestämmas genom experimentella metoder såsom röntgenkristallografi , analys enda partikel eller kärnmagnetisk resonans . Det teoretiska alternativet för protein -proteindockning blir också alltmer tillgängligt. En metod som vanligtvis används för att identifiera meomplexen är immunutfällning . Nyligen utvecklade Raicu och medarbetare en metod för att bestämma den kvartära strukturen hos proteinkomplex i levande celler. Denna metod är baserad på bestämning av pixel-nivå Förster-resonans-energiöverföring (FRET) på pixelnivå i samband med spektralupplöst tvåfotonmikroskop. Fördelningen av FRET -effektivitet simuleras mot olika modeller för att få komplexens geometri och stökiometri.
hopsättning
Korrekt montering av multiproteinkomplex är viktigt, eftersom felmontering kan leda till katastrofala konsekvenser. För att studera vägmontering tittar forskare på mellanliggande steg i vägen. En sådan teknik som gör att man kan göra det är elektrospray -masspektrometri , som kan identifiera olika mellanlägen samtidigt. Detta har lett till upptäckten att de flesta komplex följer en ordnad monteringsväg. I de fall där störd montering är möjlig, leder förändringen från ett ordnat till ett stört tillstånd till en övergång från funktion till dysfunktion hos komplexet, eftersom störd montering leder till aggregering.
Proteinstrukturen spelar en roll för hur multiproteinkomplexet monteras. Gränssnitten mellan proteiner kan användas för att förutsäga monteringsvägar. Proteins inneboende flexibilitet spelar också en roll: mer flexibla proteiner möjliggör en större yta som är tillgänglig för interaktion.
Även om montering är en annan process än demontering, är de två reversibla i både homomera och heteromera komplex. Således kan den övergripande processen kallas (dis) -montering.
Evolutionär betydelse av multiproteinkomplexmontering
I homomultimera komplex samlas de homomera proteinerna på ett sätt som efterliknar evolutionen. Det vill säga en mellanprodukt i monteringsprocessen finns i komplexets evolutionära historia. Det motsatta fenomenet observeras i heteromultimera komplex, där genfusion sker på ett sätt som bevarar den ursprungliga monteringsvägen.
Se även
Referenser
externa länkar
- Multiprotein+komplex vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
