EF рука - EF hand

EF рука
PDB 1osa EBI.jpg
Структура рекомбинантного Парамеций тетраурелия кальмодулин.[1]
Идентификаторы
Символefhand
PfamPF00036
ИнтерПроIPR002048
PROSITEPDOC00018
SCOP21osa / Объем / СУПФАМ
CDDcd00051

В EF рука это спираль-петля-спираль структурная область или же мотив найдено в большом семья связывания кальция белки.

Мотив EF-руки содержит топологию спираль-петля-спираль, очень похожая на растянутые большой и указательный пальцы человеческой руки, в которой Ca2+ ионы координируются лигандами внутри петли. В мотив берет свое название от традиционной номенклатуры, используемой при описании белка парвальбумин, который содержит три таких мотива и, вероятно, участвует в мышца релаксация через его кальций-связывающую активность.

Рука EF состоит из двух альфа спирали связаны короткой петлей (обычно около 12 аминокислоты ) который обычно связывает кальций ионы. EF-стрелки также появляются в каждом структурная область из сигнальный белок кальмодулин и в мышечном белке тропонин-C.

Сайт связывания иона кальция

EF-рука Ca2+ обязательный мотив.
  • Ион кальция имеет пентагональную бипирамидную конфигурацию. Шесть остатков, участвующих в связывании, находятся в положениях 1, 3, 5, 7, 9 и 12; эти остатки обозначаются X, Y, Z, -Y, -X и -Z. Инвариантный Glu или Asp в положении 12 обеспечивает два атома кислорода для лигандирования Са (бидентатный лиганд).
  • Ион кальция связывается как белковый каркас атомами и аминокислотой боковые цепи, особенно кислотных аминокислотных остатков аспартат и глутамат. Эти остатки заряжены отрицательно и будут взаимодействовать с положительно заряженным ионом кальция. Мотив руки EF был одним из первых структурных мотивов, требования к последовательности которых были подробно проанализированы. Пять из петлевых остатков связывают кальций и поэтому имеют сильное предпочтение кислород -содержащие боковые цепи, особенно аспартат и глутамат. Шестой остаток в петле обязательно глицин из-за конформационных требований магистрали. Остальные остатки обычно гидрофобный и сформировать гидрофобное ядро который связывает и стабилизирует две спирали.
  • При привязке к Ca2+, этот мотив может претерпевать конформационные изменения, которые позволяют Ca2+-регулируемые функции, как показано в Ca2+ эффекторы, такие как кальмодулин (CaM) и тропонин C (TnC) и Ca2+ буферы, такие как кальретикулин и кальбиндин D9k. В то время как большинство известных кальций-связывающих белков EF-руки (CaBP) содержат парные мотивы EF-руки, CaBP с единственной EF-рукой также обнаружены как у бактерий, так и у эукариот. Кроме того, «мотивы, похожие на EF-руки» были обнаружены у ряда бактерий. Хотя координационные свойства остаются схожими с каноническим мотивом EF-hand из 29 остатков спираль-петля-спираль, мотивы, подобные EF-руке, отличаются от EF-hands тем, что они содержат отклонения во вторичной структуре фланкирующих последовательностей и / или изменение длины Ca2+-координационная петля.
  • Руки EF обладают очень высокой селективностью к кальцию. Например, константа диссоциации альфа парвальбумин для Ca2+ в ~ 1000 раз меньше, чем для аналогичного иона Mg2+.[2] Такая высокая селективность обусловлена ​​относительно жесткой координационной геометрией, наличием множества заряженных боковых цепей аминокислот в сайте связывания, а также свойствами сольватации ионов.[3][4][5]

Прогноз

Сводка сигнатур мотивов, используемых для предсказания EF-рук.
  • Поиск по образцу (сигнатуре мотива) - один из самых простых способов прогнозирования непрерывной EF-руки Ca2+сайты связывания в белках. На основании результатов выравнивания последовательностей канонических мотивов EF-hand, особенно консервативных боковых цепей, непосредственно участвующих в Ca2+ переплет, узор PS50222 был создан для предсказания канонических сайтов EF-hand. Серверы прогнозов можно найти в разделе внешних ссылок.

Классификация

  • С тех пор, как в 1973 г. был выделен мотив EF-hand, семейство белков EF-hand расширилось и на данный момент включает по крайней мере 66 подсемейств. EF-мотивы рук делятся на две основные группы:
    • Канонические EF-стрелки как видно в кальмодулине (CaM) и прокариотическом CaM-подобном белке калеритрине. Каноническая петля EF-руки из 12 остатков связывает Ca2+ в основном через карбоксилаты или карбонилы боковой цепи (положения 1, 3, 5, 12 петлевой последовательности). Остаток на оси –X координирует Ca2+ ион через мостиковую молекулу воды. Петля EF-руки имеет бидентатный лиганд (Glu или Asp) на оси –Z.
    • Псевдо EF-руки обнаруживается исключительно на N-концах S100 и S100-подобных белков. Pseudo EF-ручная петля из 14 остатков хелатирует Ca2+ главным образом через карбонилы основной цепи (положения 1, 4, 6, 9).

Дополнительные пункты:

Филогенетическое дерево семейства белков EF-hand.
  • EF-подобные белки с разнообразными фланкирующими структурными элементами вокруг Ca2+-связывающая петля была обнаружена у бактерий и вирусов. Эти прокариотические белки, подобные EF-hand, широко участвуют в Са2+ сигнализация и гомеостаз у бактерий. Они содержат гибкие отрезки Ca2+-связывающие петли, которые отличаются от мотивов EF-руки. Однако их координационные свойства напоминают классические мотивы EF-руки.
    • Например, полунепрерывный Ca2+Сайт связывания в D-галактозосвязывающем белке (GBP) содержит петлю из девяти остатков. CA2+ ion координируется семью атомами кислорода белка, пять из которых относятся к петле, имитирующей каноническую EF-петлю, тогда как два других относятся к карбоксилатной группе отдаленного Glu.
    • Другой пример - новый домен под названием Экскалибур (внеклеточный Ca2+-связывающая область) изолирована от Bacillus subtilis. Этот домен имеет консервативный Ca из 10 остатков.2+-binding loop поразительно похож на каноническую EF-ручную петлю с 12 остатками.
    • Разнообразие структуры фланкирующей области иллюстрируется открытием EF-hand-подобных доменов в бактериальных белках. Например, спираль-петля-цепь вместо структуры спираль-петля-спираль находится в периплазматическом белке, связывающем галактозу (Сальмонелла тифимуриум, PDB: 1 гкг) Или альгинат-связывающий белок (Сфингомонады зр., 1 кВтч); входящая спираль отсутствует у защитного антигена (бацилла сибирской язвы, 1acc) Или докерин (Clostridium thermocellum, 1daq​).
  • Среди всех структур, о которых сообщалось на сегодняшний день, большинство EF-мотивов рук объединены в пары либо между двумя каноническими, либо одним псевдо и одним каноническим мотивами. Для белков с нечетным числом EF-рук, таких как пента-EF-hand калпаин, мотивы EF-hand были связаны посредством гомо- или гетеродимеризации. Недавно идентифицированная EF-рука, содержащая ER Ca2+ сенсорный белок, молекула взаимодействия стромы 1 и 2 (STIM1, STIM2), как было показано, содержит Ca2+-связывающий канонический EF-мотив руки, который сочетается с немедленным, последующим атипичным «скрытым» не-Ca2+-обвязка EF-hand. Одиночные мотивы EF-руки могут служить модулями стыковки с белками: например, одна рука EF в белках NKD1 и NKD2 связывает белки Disheveled (DVL1, DVL2, DVL3).
  • Функционально EF-hands можно разделить на два класса: 1) сигнальные белки и 2) буферные / транспортные белки. Первая группа является самой большой и включает наиболее известных представителей семейства, таких как кальмодулин, тропонин С и S100B. Эти белки обычно подвергаются кальций-зависимому конформационному изменению, которое открывает сайт связывания-мишени. Последняя группа представлена ​​кальбиндином D9k и не претерпевает зависимых от кальция конформационных изменений.

Подсемейства

Примеры

Aequorin

Aequorin - это кальций-связывающий белок (CaBP), выделенный из кишечнополостных Aequorea victoria. Aequorin принадлежит к семейству EF-hand CaBP с петлями EF-hand, которые тесно связаны с CaBP у млекопитающих. Кроме того, экворин в течение многих лет использовался в качестве индикатора Ca2 +, и было показано, что он безопасен и хорошо переносится клетками. Aequorin состоит из двух компонентов - компонента, связывающего кальций апоаэкорин (AQ) и хемилюминесцентная молекула целентеразина. Часть AQ этого белка содержит кальций-связывающие домены EF-hand.[6]

Белки человека

Белки человека, содержащие этот домен, включают:

Смотрите также

  • Другой отличительный кальций-связывающий мотив, состоящий из альфа-спиралей, - это домен dockerin.

Рекомендации

  1. ^ Пан С., Рамакришнан Б., Линг К.Ю., Кунг С., Сундаралингам М. (январь 1994 г.). «Структура рекомбинантного кальмодулина Paramecium tetraurelia при разрешении 1,68 А». Acta Crystallogr. D. 50 (Pt 1): 50–63. Дои:10.1107 / S0907444993007991. PMID  15299476.
  2. ^ Шваллер, Б. (13 октября 2010 г.). «Цитозольные буферы Ca2 +». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 2 (11): a004051 – a004051. Дои:10.1101 / cshperspect.a004051. ЧВК  2964180. PMID  20943758.
  3. ^ Гиффорд, Джессика Л .; Уолш, Майкл П .; Фогель, Ханс Дж. (15 июля 2007 г.). «Структуры и свойства связывания ионов металлов Ca-связывающих мотивов EF-руки спираль – петля – спираль». Биохимический журнал. 405 (2): 199–221. Дои:10.1042 / BJ20070255. PMID  17590154.
  4. ^ Дудев, Тодор; Лим, Кармай (16 сентября 2013 г.). «Конкуренция между ионами металлов за сайты связывания с белками: детерминанты селективности ионов металлов в белках». Химические обзоры. 114 (1): 538–556. Дои:10.1021 / cr4004665. PMID  24040963.
  5. ^ Цзин, Чжифэн; Лю, Ченгвэнь; Ци, Руи; Рен, Пэнъю (23 июля 2018 г.). «Эффект многих тел определяет селективность в отношении Са и Mg в белках». Труды Национальной академии наук. 115: 201805049. Дои:10.1073 / pnas.1805049115. ЧВК  6094099. PMID  30038003.
  6. ^ Детерт Дж. А., Адамс Е. Л., Лешер Дж. Д., Лион Дж. А., Мойер Дж. Р. (2013). «Предварительная обработка апоэкворином защищает нейроны CA1 гиппокампа от кислородно-глюкозной депривации». PLoS ONE. 8 (11): e79002. Дои:10.1371 / journal.pone.0079002. ЧВК  3823939. PMID  24244400.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка