Семейство белков - Protein family

Человек циклофилин семья, представленная структурами изомераза домены некоторых из ее членов.

А белковая семья это группа эволюционно -связанные с белки. Во многих случаях белковое семейство имеет соответствующий генная семья, в котором каждый ген кодирует соответствующий белок в соотношении 1: 1. Период, термин белковая семья не следует путать с семья как он используется в таксономии.

Белки в семье происходят от общего предка и обычно имеют сходные трехмерные конструкции, функции и важные сходство последовательностей[нужна цитата ]. Самым важным из них является сходство последовательностей (обычно аминокислотная последовательность), поскольку это самый строгий показатель гомологии и, следовательно, самый четкий показатель общего происхождения.[нужна цитата ]. Существует довольно хорошо разработанная структура для оценки значимости сходства между группой последовательностей с использованием выравнивание последовательностей методы. Очень маловероятно, что белки, не имеющие общего предка, будут иметь статистически значимое сходство последовательностей, что делает выравнивание последовательностей мощным инструментом для идентификации членов семейств белков.[нужна цитата ].

Иногда семьи объединяются в более крупные группы. клады называется надсемейства на основе структурного и механистического сходства, даже если нет идентифицируемой гомологии последовательностей.

В настоящее время определено более 60 000 семейств белков,[1] хотя двусмысленность в определении белковая семья приводит разных исследователей к совершенно разным цифрам.

Терминология и использование

Как и во многих биологических терминах, использование белковая семья в некоторой степени зависит от контекста; он может указывать на большие группы белков с минимально возможным уровнем детектируемого сходства последовательностей, или очень узкие группы белков с почти идентичной последовательностью, функцией и трехмерной структурой, или на любую промежуточную группу. Чтобы различать эти ситуации, термин белковое суперсемейство часто используется для отдаленно родственных белков, родство которых не определяется сходством последовательностей, а определяется только общими структурными особенностями.[2][3][4] Другие термины, такие как белок учебный класс, группа, клан и подсемейство были придуманы годами, но все страдают схожей двусмысленностью использования. Распространенное использование - суперсемейства (структурная гомология ) содержат семейства (гомология последовательностей ) которые содержат подсемейства. Следовательно, суперсемейство, такое как Клан ПА протеаз, имеет гораздо более низкую консервативность последовательности, чем одно из содержащихся в нем семейств, семейство C04. Маловероятно, что будет согласовано точное определение, и читатель должен понять, как именно эти термины используются в конкретном контексте.

Над, сохранение последовательности 250 членов Клан ПА протеазы (надсемейство ). Ниже представлена ​​консервация последовательности 70 членов семейства протеаз C04. Стрелки указывают каталитическая триада остатки. Согласовано на основе структура к ДАЛИ

.

Белковые домены и мотивы

Смотрите также: Белковый домен, Структурный мотив, и Белковая структура

Концепция чего-либо белковая семья был задуман в то время, когда было известно очень мало белковых структур или последовательностей; в то время в основном небольшие однодоменные белки, такие как миоглобин, гемоглобин, и цитохром с были структурно поняты. С того времени было обнаружено, что многие белки содержат несколько независимых структурных и функциональных единиц или домены. Из-за эволюционного шаркающий, разные домены в белке развились независимо. Это привело в последние годы к сосредоточению внимания на семействах белковых доменов. Определению и каталогизации таких доменов посвящен ряд онлайн-ресурсов (см. Список ссылок в конце этой статьи).

Области каждого белка имеют разные функциональные ограничения (особенности, важные для структуры и функции белка). Например, активный сайт фермента требует, чтобы определенные аминокислотные остатки были точно ориентированы в трех измерениях. С другой стороны, интерфейс связывания белок-белок может состоять из большой поверхности с ограничениями на гидрофобность или полярность аминокислотных остатков. Функционально ограниченные области белков развиваются медленнее, чем неограниченные области, такие как поверхностные петли, что приводит к появлению различимых блоков консервативной последовательности при сравнении последовательностей семейства белков (см. множественное выравнивание последовательностей ). Эти блоки чаще всего называют мотивы, хотя используется много других терминов (блоки, подписи, отпечатки пальцев и т. д.). Опять же, многие онлайн-ресурсы посвящены идентификации и каталогизации белковых мотивов (см. Список в конце статьи).

Эволюция белковых семейств

Согласно нынешнему консенсусу, белковые семейства возникают двумя путями. Во-первых, разделение родительского вида на два генетически изолированных потомка позволяет гену / белку независимо накапливать вариации (мутации ) в этих двух родословных. В результате получается семья ортологичный белки, обычно с консервативными мотивами последовательностей. Во-вторых, дупликация гена может создать вторую копию гена (называемую паралог ). Поскольку исходный ген все еще может выполнять свою функцию, дублированный ген может свободно расходиться и приобретать новые функции (путем случайной мутации). Определенные семейства генов / белков, особенно в эукариоты, претерпевают чрезвычайные расширения и сжатия в ходе эволюции, иногда вместе с целым дупликации генома. Это расширение и сокращение семейств белков - одна из основных особенностей эволюция генома, но его важность и последствия в настоящее время неясны.

Филогенетическое дерево надсемейства РАН. Дерево было создано с помощью FigTree (бесплатное онлайн-программное обеспечение).

Использование и важность белковых семейств

По мере увеличения общего количества секвенированных белков и увеличения интереса к протеом Анализ, предпринимаются постоянные попытки организовать белки в семейства и описать составляющие их домены и мотивы. Надежная идентификация семейств белков имеет решающее значение для филогенетический анализ, функциональная аннотация и изучение разнообразия функций белков в данной филогенетической ветви. В Инициатива по ферментной функции (EFI) использует семейства и суперсемейства белков в качестве основы для разработки стратегии на основе последовательности / структуры для крупномасштабного функционального назначения ферментов с неизвестной функцией.[5]

Алгоритмические средства для установления семейств белков в большом масштабе основаны на понятии сходства. В большинстве случаев единственное сходство, к которому мы имеем доступ, - это сходство последовательностей.

Ресурсы белковой семьи

Есть много биологические базы данных которые записывают примеры семейств белков и позволяют пользователям определять, принадлежат ли вновь идентифицированные белки к известному семейству. Вот несколько примеров:

  • Pfam - База данных по семействам белков выравниваний и HMM
  • PROSITE - База данных белковых доменов, семейств и функциональных сайтов
  • ПИРСФ - Система классификации суперсемейства
  • PASS2 - Выравнивание белков как структурные суперсемейства v2 - PASS2 @ NCBS[6]
  • СУПЕРСЕМЬЯ - Библиотека HMM, представляющая суперсемейства, и база данных аннотаций (суперсемейства и семейства) для всех полностью секвенированных организмов
  • SCOP и CATH - классификации белковых структур на суперсемейства, семейства и домены

Аналогичным образом существует множество алгоритмов поиска в базе данных, например:

  • ВЗРЫВ - Поиск сходства последовательностей ДНК
  • BLASTp - Поиск сходства белковой последовательности
  • OrthoFinder: быстрый, масштабируемый и точный метод кластеризации белков в семейства (ортогруппы) [7][8]


Смотрите также

Семейства белков

Основная статья: Список семейств генов

Рекомендации

  1. ^ Кунин В., Случаи I, Энрайт А.Дж., де Лоренцо В., Узунис КА (2003). «Мириады белковых семейств, и их количество продолжает расти». Геномная биология. 4 (2): 401. Дои:10.1186 / gb-2003-4-2-401. ЧВК  151299. PMID  12620116.
  2. ^ Dayhoff MO (декабрь 1974 г.). «Компьютерный анализ белковых последовательностей». Слушания Федерации. 33 (12): 2314–6. PMID  4435228.
  3. ^ Dayhoff MO, Маклафлин П.Дж., Баркер В.К., Хант LT (1975). «Эволюция последовательностей в суперсемействах белков». Die Naturwissenschaften. 62 (4): 154–161. Bibcode:1975NW ..... 62..154D. Дои:10.1007 / BF00608697. S2CID  40304076.
  4. ^ Dayhoff MO (август 1976 г.). «Происхождение и эволюция белковых суперсемейств». Слушания Федерации. 35 (10): 2132–8. PMID  181273.
  5. ^ Герлт Дж. А., Аллен К. Н., Альмо СК, Армстронг Р. Н., Бэббит П. К., Кронан Дж. Э., Данауэй-Мариано Д., Имкер Х. Дж., Якобсон М. П., Минор В., Поултер CD, Раушель Ф. М., Сали А., Шойхет Б. К., Свидлер СП (ноябрь 2011 г.) . «Инициатива ферментной функции». Биохимия. 50 (46): 9950–62. Дои:10.1021 / bi201312u. ЧВК  3238057. PMID  21999478.
  6. ^ Гандхимати А., Наир А.Г., Соудхамини Р. (январь 2012 г.). «PASS2 версия 4: обновление базы данных структурных выравниваний последовательностей суперсемейств структурных доменов». Исследования нуклеиновых кислот. 40 (Выпуск базы данных): D531–4. Дои:10.1093 / нар / gkr1096. ЧВК  3245109. PMID  22123743.
  7. ^ Emms DM, Kelly S (август 2015). «OrthoFinder: устранение фундаментальных ошибок при сравнении всего генома значительно повышает точность вывода ортогрупп». Геномная биология. 16: 157. Дои:10.1186 / s13059-015-0721-2. ЧВК  4531804. PMID  26243257.
  8. ^ Emms DM, Kelly S (ноябрь 2019 г.). "OrthoFinder: вывод филогенетической ортологии для сравнительной геномики". Геномная биология. 20 (1): 238. Дои:10.1186 / s13059-019-1832-у. ЧВК  6857279. PMID  31727128.

внешняя ссылка