Protein-Familien

Eine Proteinfamilie ist eine Gruppe von Proteinen, die sich aus einem gemeinsamen genetischen Vorfahren entwickelt haben. Diese Proteine weisen Ähnlichkeiten in ihren dreidimensionalen Strukturen und den Funktionen auf, die sie erfüllen.

Proteine innerhalb einer Familie werden als Homologe bezeichnet.

Orthologe sind homologe Proteine in verschiedenen Spezies, die sich aus demselben Protein in einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Im Allgemeinen erfüllen orthologe Proteine bei den verschiedenen Spezies ähnliche Funktionen.

Alpha-Hämoglobin beim Menschen und Alpha-Hämoglobin bei Mäusen sind orthologe Proteine. Im Gegensatz dazu sind Paraloge homologe Proteine, die durch Genduplikation hergestellt werden und in der gleichen oder in verschiedenen Spezies vorkommen können. Alpha- und Beta-Hämoglobin beim Menschen sind paraloge Proteine.

Eine Superfamilie besteht aus zwei oder mehr Familien, die sich aus einem weiter entfernten gemeinsamen Vorfahren als dem einer Proteinfamilie entwickelt haben. Proteine in einer Superfamilie weisen größere Unterschiede in Struktur und Funktion auf.

Proteinfamilien können uns helfen, eine Hypothese über die Funktion eines Proteins mit einer bekannten Aminosäuresequenz, aber unbekannter Form oder Funktion aufzustellen. Diese Proteine können mit anderen Proteinen der Familie verglichen werden, um die dreidimensionale Struktur vorherzusagen und die Funktion des Proteins zu bestimmen.

Proteinfamilien entstehen häufig durch Genduplikation, wenn genetische Mechanismen in einem Organismus eine zusätzliche Kopie eines Gens erzeugen. Die ursprüngliche Kopie des Gens und seine doppelte Kopie können mutieren und in ihrer Funktion divergieren, da ihre Gensequenzen für andere Aminosäuresequenzen kodieren als ihre genetischen Vorfahren.

Proteine innerhalb einer Familie können eine Sequenzidentität von nur 30 % haben, d.h. nur 30 % der primären Aminosäuresequenz können identisch sein; jedoch sind die gesamte Proteinstruktur und die Domänen innerhalb des Proteins oft unglaublich ähnlich.

Zum Beispiel sind Hämoglobin und Myoglobin Proteine, von denen angenommen wird, dass sie sich durch Genduplikation entwickelt haben. Die α und β Untereinheiten des Hämoglobins haben nur eine 49%ige Aminosäuresequenzidentität, haben aber das gleiche allgemeine Muster der sekundären und tertiären Proteinstruktur, d.h. ähnliche Positionen ihrer Alpha-Helices und Windungen ihrer Aminosäurekette.

Die Hämoglobin-alpha-Untereinheit und das Myoglobin haben nur eine Sequenzidentität von 26 %, haben aber ebenfalls ähnliche sekundäre und tertiäre Strukturen. Alle drei Proteine können Sauerstoff über eine Häm-Gruppe binden, da diese homologen Proteine zu einer sauerstoffbindenden Proteinfamilie gehören.