4.3:

4.3: אתרי כריכה שמורים

Conserved Binding Sites

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Conserved Binding Sites

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

4.2: Protein-protein Interfaces

4.4: The Equilibrium Binding Constant and Binding Strength

4,243 Views

•

01:49 min

•

November 23, 2020

Overview

תפקידם הביולוגי של חלבונים רבים תלוי באינטראקציות שלהם עם הליגנדות שלהם, מולקולות קטנות שנקשרות למיקומים ספציפיים בחלבון הידועים כאתרי קשירת ליגנדים. אתרים קושרי ליגנד נשמרים לעתים קרובות בקרב חלבונים הומולוגיים, שכן אתרים אלה קריטיים לתפקוד החלבון.

אתרי קשירה ממוקמים לרוב בכיסים גדולים, ואם מיקומם על פני השטח של חלבון אינו ידוע, ניתן לחזות זאת באמצעות גישות שונות. השיטה האנרגטית מנתחת באופן חישובי את אנרגיית האינטראקציה של שאריות חומצות אמינו שונות עם הליגנד וחוזה את אלה שבהם אנרגיית הקישור היא לכל הפחות אתרי קישור פוטנציאליים. עם זאת, בחינת רצפים שמורים משמשת לעתים קרובות בשילוב עם מתודולוגיות אחרות כדי לשפר את החיזוי הזה עוד יותר. ניתן להשתמש בשאריות שהשתמרו מבחינה מבנית כדי להבחין בין אתרי קשירה לבין משטחי חלבון חשופים. חומצות האמינו, Trp, Phe ו-Met, שמורות מאוד באתרי קשירה, ולא נצפה שימור כזה במקרה של משטחי חלבון חשופים.

כלים חישוביים שונים יכולים לחזות אתרי קשירה באמצעות שילוב של מתודולוגיות מבניות, אנרגטיות ושמורות של אתרי קשירה. ConCavity הוא כלי שניתן להשתמש בו לחיזוי כיסים קושרי ליגנד תלת-ממדיים ושאריות קושרות ליגנד בודדות. האלגוריתם המשמש משלב ישירות הערכות שימור רצף אבולוציוני עם חיזוי מבוסס מבנה. כלי נוסף, MONKEY, משמש לזיהוי אתרי קשירת פקטורי שעתוק שמורים ביישור רב-מינים. היא משתמשת במודלים של ספציפיות גורמים ואבולוציה של אתרי קשירה כדי לחשב את הסבירות שאתרים משוערים נשמרים ולהקצות מובהקות סטטיסטית לכל תחזית.

Transcript

בדרך כלל, אתרי קשירת ליגנדים ממוקמים בתוך אשכולות חומצות אמינו ספציפיים או תחומים, המוקדשים לסוג מסוים של אינטראקציה.

חלקים חיוניים לתפקודו של תחום, כגון קשירת ליגנדים, נותרים ללא שינוי במהלך האבולוציה מכיוון שככלל, מוטציות המבטלות פונקציות חיוניות מסולקות על ידי הברירה הטבעית.

לדוגמה, חלבונים גרעיניים רבים, כולל גורמי שעתוק, מכילים תחומי FF הנקשרים ל-RNA פולימראז II. תחומים אלה מקבלים את שמם משתי חומצות האמינו פנילאלנין שהם מכילים על סלילים נפרדים.

חומצות אמינו פנילאלנין אלה, יחד עם כמה חומצות אמינו אחרות שמורות מאוד יוצרות את הליבה ההידרופובית של אתר הקשירה.

החלפת חומצות אמינו אלה תשבש את היווצרות המבנה הספציפי הזה, ולכן תשפיע על יכולתו להיקשר ל-RNA פולימראז II.

מדענים משתמשים במעקב אבולוציוני כדי למצוא אזורים שמורים של תחומים. זה מתבצע על ידי השוואת רצפי גנום וחלבונים של תחומים דומים וזיהוי חומצות האמינו שנותרו ללא שינוי.

ניתוחים מאוחרים יותר של רצפים קשורים אלה מאפשרים זיהוי של אשכולות שנוצרו על ידי חומצות אמינו שמורות. נתונים אלה יכולים לשמש ליצירת מודלים תלת-ממדיים כדי לקבוע את צורות החלבונים, כמו גם את המבנים האופטימליים של אתרי הקישור שלהם.

ניתוח רצפים ומבנים שהשתמרו מסייע למדענים להבין יחסים אבולוציוניים בין חלבונים, אך גם מאפשר להם לחזות אתרי קישור של חלבונים חדשים המכילים צבירים דומים.

Key Terms and definitions

Binding Sites – Places on a protein where specific small molecules, or ligands, attach.
Conserved Residues – Evolutionarily preserved amino acids often found in binding sites.
Site Liaison – Synonym for binding site in proteins.
Conserved Proteins – Proteins retaining their function and structure across different species.
Conserved Domains – Stable units in proteins that have remained unchanged throughout evolution.

Learning Objectives

Define Binding Sites – Understand where ligands attach to proteins (e.g., binding sites).
Contrast Conserved vs Exposed Residues – Comprehend key differences (e.g., Trp, Phe, Met are conserved).
Explore Conserved Domains – Discuss their importance in protein function (e.g., conserved domains).
Explain Prediction Methods – Describe computational tools and strategies.
Apply in Molecular Biology – Understand role of binding sites in protein function.

Questions that this video will help you answer

What is a binding site and how does conserved residue relate to it?
What is the significance of conserved domains in proteins?
How do prediction methods help identify potential binding sites?

This video is also useful for

Students – Deepen understanding of protein structure and function through binding sites
Educators – Provide a clear framework on protein binding sites for effective teaching
Researchers – Understand binding sites for proteins in research methodologies
Biochemists – Predict binding sites, aiding in protein research and drug discovery