4.2:

4.2: Protein-Protein-Schnittstellen

Protein-protein Interfaces

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Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Protein-protein Interfaces

4.1: Ligand Binding Sites

4.3: Conserved Binding Sites

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02:04 min

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November 23, 2020

Overview

Many proteins form complexes to carry out their functions, making protein-protein interactions (PPIs) essential for an organism's survival. Most PPIs are stabilized by numerous weak noncovalent chemical forces. The physical shape of the interfaces determines the way two proteins interact. Many globular proteins have closely-matching shapes on their surfaces, which form a large number of weak bonds. Additionally, many PPIs occur between two helices or between a surface cleft and a polypeptide chain or string.

Various computational and biochemical methods are used to study protein interfaces. Laboratory methods, such as affinity purification, mass spectrometry, and protein microarrays, can be used to identify new interactions. Co-immunoprecipitation of proteins and yeast two-hybrid screening are widely used to provide evidence on whether two proteins interact in vitro. Computer programs can predict PPIs based on similar interactions found in other proteins by comparing protein sequences and three-dimensional structures. Other computational approaches, such as phylogenetic profiling, predict PPIs based on the coevolution of binding partners. Additionally, gene fusion analysis is used to predict interaction partners by finding protein pairs that are fused in the genome of other organisms.

Proteins typically interact with multiple partners either at the same or different times, and they may contain more than one interaction interface. Many proteins form large complexes that perform specific functions that can only be carried out by the complete complex. In some cases, these protein interactions are regulated; that is, a protein may interact with different partners based on cellular needs. Further computational and statistical analyses sort such interactions into networks, which are curated in online interactome databases. These searchable databases enable users to study specific protein interactions, as well as design drugs that can enhance or disrupt interactions at the interface.

Transcript

Viele biologische Prozesse hängen von Protein-Protein-Wechselwirkungen ab. Tatsächlich muss eine große Anzahl von Proteinen Proteinkomplexe oder Oligomere bilden, um ihre Funktionen zu erfüllen.

Manchmal bilden zwei oder mehr identische Proteine einen Komplex, wie z. B. dieses Kinesin-Dimer, in anderen Fällen kommen verschiedene Proteine oder Polypeptide zu einer funktionellen Einheit zusammen.

So bestehen die Mikrotubuli des Zytoskeletts aus Alpha- und Beta-Tubulin-Dimeren. Die Bindungsflächen von Alpha- und Beta-Tubulin-Monomeren haben komplementäre Formen.

Diese aufeinander abgestimmten Formen ermöglichen es den Monomeren, eine große Anzahl nicht-kovalenter Bindungen miteinander zu bilden, die dann das Alpha- und Beta-Tubulin zusammenhalten. Diese Art von Schnittstelle ist ein Beispiel für eine Oberfläche-Oberfläche-Wechselwirkung.

Ähnlich wie bei Ligandenbindungsstellen können Wechselwirkungen an einer Protein-Protein-Grenzfläche nicht-kovalente Bindungen und hydrophobe Kräfte beinhalten. Kovalente Disulfidbindungen zwischen Cystein-Aminosäuren auf jeder Proteinoberfläche können jedoch auch eine Rolle spielen, um sie zusammenzuhalten.

Doch nicht alle Proteingrenzflächen weisen eng aufeinander abgestimmte Oberflächen auf. So bilden viele Enzyme, wie hier die Proteinkinase A, einen Spalt, der Polypeptidschleifen ihrer Bindungspartner erkennen und binden kann. Diese Art von Schnittstelle wird als Oberfläche-Zeichenfolgen-Interaktion bezeichnet.

Eine andere Art von Grenzfläche, die als Helix-Helix oder Coiled-Coil-Wechselwirkung bekannt ist, entsteht, wenn sich Helices zweier Proteine umeinander wickeln. Diese Grenzfläche wird häufig in Proteinen beobachtet, die Leucin-Zipper-Domänen enthalten, wie z. B. eukaryotische Transkriptionsfaktoren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalische Struktur und die chemischen Eigenschaften der wechselwirkenden Teile die Art der Grenzfläche zwischen zwei Proteinen bestimmen.

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Protein-Protein-Grenzflächen Proteinkomplexe Oligomere Kinesin-Dimer Mikrotubuli des Zytoskeletts Alpha-Tubulin Beta-Tubulin nicht-kovalente Bindungen Oberflächen-Oberflächen-Interaktion Ligandenbindungsstellen hydrophobe Kräfte kovalente Disulfidbindungen Proteinkinase A Spalt Polypeptidschleifen Oberflächen-String-Interaktion Helix-Helix-Wechselwirkung Coiled-Coil-Wechselwirkung