4.13:
Proteinkomplexe mit austauschbaren Komponenten
Groups of proteins may form a complex where each protein in this complex has a different role in the overall execution of the complex’s function. Often some of the proteins in the complex can be replaced by a closely related variant to give a complex that contains many of the same components yet is functionally distinct.
The SCF ubiquitin ligase is a protein complex of five individual proteins. This complex attaches ubiquitin to other target proteins to mark them for degradation. In order to perform this function, one of the proteins, the F-box, is responsible for binding to the substrate, thereby allowing a different protein in the complex, the ubiquitin-conjugating enzyme, to access the substrate and attach ubiquitin. The F-box protein has multiple interchangeable variants so that the complex can recognize different substrates. Additionally, different organisms can have different sets of F-box protein variants. Humans have 38 known variants, Saccharomyces cerevisiae has 11, Drosophila has 22, and C. elegans has 326. This variation enables the complex to target a large spectrum of proteins by changing just one of its components.
These interchangeable variants are often an outcome of gene duplication. During molecular evolution, the gene for a beneficial protein can sometimes duplicate during DNA replication due to reasons, such as ectopic recombination, replication slippage, aneuploidy, polyploidy, and retrotransposition. This duplicated copy of the gene can further undergo mutations while being transferred from one generation to the next as the mutation does not affect the function of the original gene. These mutations result in variants of a gene that are responsible for proteins, like the F-box, which are functionally similar but have different substrate specificities.
Proteinkomplexe bestehen aus mehreren nicht-kovalent verknüpften Proteinen, wobei jede Komponente eine andere Funktion als der Komplex erfüllt.
Eines oder mehrere dieser einzelnen Proteine können durch eng verwandte Varianten ersetzt werden, um einen alternativen Komplex zu erzeugen, der funktionell unterschiedlich ist.
Im Laufe der Evolution eines Organismus kann sich das Gen für ein nützliches Protein im Genom duplizieren. Diese duplizierte Kopie kann Mutationen durchlaufen, ohne die Funktion des ursprünglichen Proteins zu beeinträchtigen.
Diese Mutationen erzeugen Familien verwandter Proteine. Dies ist eine der Möglichkeiten, wie eine Zelle einen Proteinkomplex erzeugen kann, der austauschbare Teile enthält.
Die SCF-Ubiquitin-Ligase ist ein multimeres Protein, das aus fünf Untereinheiten besteht und dessen Funktion darin besteht, Ubiquitin-Moleküle an Zielproteine zu binden und sie für den Abbau durch proteolytische Enzyme zu markieren.
Eine der Untereinheiten des Proteins, die F-Box, die für die Bindung an das Zielprotein verantwortlich ist, hat mehrere Varianten, die austauschbar sind. Eine Änderung dieser Untereinheit ermöglicht es dem Komplex, verschiedene Proteine für den Abbau zu markieren.
Saccharomyces cerevisiae, allgemein bekannt als Backhefe, hat 11 Varianten von F-Box-Untereinheiten, die es der Ligase ermöglichen, Proteine zu markieren, die an einer Vielzahl von Zellprozessen beteiligt sind.
Zum Beispiel zielt das cdc4 F-Box-Protein auf Zellzyklusregulatoren wie Sic1 und Far1 ab, die Enzyme hemmen, die den Zellzyklus fördern. Ihr Abbau ermöglicht es, den Zellzyklus fortzusetzen.
Die Variation der F-Box zwischen Organismen erzeugt Hunderte von unterschiedlichen Komplexen mit ähnlichen Funktionen, aber unterschiedlichen Zielen.
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