4.3:

4.3: Konservierte Bindungsstellen

Conserved Binding Sites

JoVE Core
Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Conserved Binding Sites

4.2: Protein-protein Interfaces

4.4: The Equilibrium Binding Constant and Binding Strength

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01:49 min

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November 23, 2020

Overview

Many proteins’ biological role depends on their interactions with their ligands, small molecules that bind to specific locations on the protein known as ligand-binding sites. Ligand-binding sites are often conserved among homologous proteins as these sites are critical for protein function.

Binding sites are often located in large pockets, and if their location on a protein’s surface is unknown, it can be predicted using various approaches. The energetic method computationally analyses the interaction energy of different amino acid residues with the ligand and predicts the ones where binding energy is at a minimum to be potential binding sites. However, examining conserved sequences is often used in conjunction with other methodologies to enhance this prediction further. Structurally conserved residues can be used to distinguish between binding sites and exposed protein surfaces. The amino acids, Trp, Phe, and Met, are highly conserved in binding sites, and no such conservation is observed in the case of exposed protein surfaces.

Various computational tools can predict binding sites using a mix of structural, energetic, and conserved binding site methodologies. ConCavity is a tool that can be used to predict 3D ligand-binding pockets and individual ligand-binding residues. The algorithm used directly integrates evolutionary sequence conservation estimates with structure-based prediction. Another tool, MONKEY, is used to identify conserved transcription-factor binding sites in multispecies alignments. It employs factor specificity and binding-site evolution models to compute the likelihood that putative sites are conserved and assign statistical significance to each prediction.

Transcript

Im Allgemeinen befinden sich Ligandenbindungsstellen innerhalb spezifischer Aminosäurecluster oder -domänen, die für eine bestimmte Art von Interaktion bestimmt sind.

Teile, die für die Funktion einer Domäne entscheidend sind, wie z. B. die Ligandenbindung, bleiben während der Evolution unverändert, da Mutationen, die lebenswichtige Funktionen eliminieren, in der Regel durch natürliche Selektion eliminiert werden.

Zum Beispiel enthalten viele nukleäre Proteine, einschließlich Transkriptionsfaktoren, FF-Domänen, die an die RNA-Polymerase II binden. Diese Domänen haben ihren Namen von den beiden Phenylalanin-Aminosäuren, die sie auf separaten Helices enthalten.

Diese Phenylalanin-Aminosäuren bilden zusammen mit einigen anderen hochkonservierten Aminosäuren den hydrophoben Kern der Bindungsstelle.

Der Ersatz dieser Aminosäuren würde die Bildung dieser spezifischen Struktur stören und somit ihre Fähigkeit zur Bindung an die RNA-Polymerase II beeinträchtigen.

Wissenschaftler nutzen die evolutionäre Rückverfolgung, um konservierte Regionen von Domänen zu finden. Dazu werden Genom- und Proteinsequenzen ähnlicher Domänen verglichen und die Aminosäuren identifiziert, die unverändert bleiben.

Nachfolgende Analysen dieser verwandten Sequenzen ermöglichen die Identifizierung von Clustern, die von den konservierten Aminosäuren gebildet werden. Aus diesen Daten können 3D-Modelle erstellt werden, um die Formen von Proteinen sowie die optimalen Strukturen ihrer Bindungsstellen zu bestimmen.

Die Analyse konservierter Sequenzen und Strukturen hilft den Wissenschaftlern, die evolutionären Beziehungen zwischen Proteinen zu verstehen, ermöglicht es ihnen aber auch, Bindungsstellen neuartiger Proteine mit vergleichbaren Clustern vorherzusagen.

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