3.6
本質的に無秩序なタンパク質は、特定の三次元構造に折りたたまれないタンパク質群です。それらの構造の柔軟性により、規則正しいタンパク質を補完して、剛直な構造ではアクセスできない機能を実行できます。それらは原核生物よりも真核生物でより一般的であり、もっぱら本質的に無秩序なタンパク質であるか、または秩序のあ…
タンパク質は、多くの場合、実験的に決定できる硬い二次構造と三次構造を持っていますが、多くのタンパク質は固定された立体配座のない柔軟な構造を持っています。
これらの天然変性タンパク質(IDP)は、生物内で機能を果たすために形状を変える必要があります。
タンパク質の無秩序な切片は、そのアミノ酸鎖が細胞質に可溶でなければならないため、多くの親水性アミノ酸を含んでいます。
IDPは、その全鎖が柔軟であるとき、疎水性アミノ酸をほとんど含まない;これは、コンパクトなタンパク質構造とは異なり、これらの拡張構造は、疎水性アミノ酸が集まることができるタンパク質コアを持たないからである。
不適切または折り畳まれていないタンパク質とは異なり、通常は細胞によって再折り畳まれるか分解されますが、IDPは固定構造に折りたたまれることはなく、特定の細胞条件下でのみ秩序化される可能性があります。
IDPでアミノ酸鎖の構造的な配列が形成されると、これは秩序障害遷移と呼ばれます。これは、共有結合修飾または新しい立体配座を誘導する別の分子との相互作用によって引き起こされる可能性があります。
一部のIDPは、タンパク質の硬い部分をつなぐ小さな柔軟なセグメントを持っています。このセグメントは、タンパク質の球状部分をつなぎ合わせると同時に、タンパク質が他の標的と相互作用したり、独立して行動したりできるようにします。
フレキシブルセグメントは、タンパク質のコンフォメーションに応じて機能を変化させる分子スイッチとしても機能します。
IDPの柔軟な形状により、IDPは他のタンパク質の表面と独自の方法で相互作用することができます。これらのタンパク質は、結合パートナーを包み込んだり、分子接着剤として機能したりして、他のさまざまなタンパク質をまとめることができます。
その柔軟性により、IDPは多くの異なる結合パートナーを持つことができ、相互作用に応じて異なる順序付けられたコンフォメーションをとることができます。これにより、単一のタンパク質が細胞内でいくつかの異なる役割を果たすことができます。
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What makes intrinsically disordered proteins different from typical structured proteins?
Intrinsically disordered proteins lack fixed three-dimensional conformations, unlike typical structured proteins with rigid secondary and tertiary structures. IDPs contain abundant hydrophilic amino acids and few hydrophobic amino acids because their extended chains must remain soluble in the cytoplasm without forming a compact protein core. This flexibility allows IDPs to perform functions inaccessible to rigid structures, contrasting with globular and fibrous proteins.
Q2: How do intrinsically disordered proteins gain structure when needed?
IDPs undergo a disorder to order transition when triggered by covalent modifications or interactions with other molecules. This structural change can be temporary or permanent depending on the binding interaction. Some IDPs contain molecular recognition features—short fragments that readily undergo disorder-to-order transitions upon binding to proteins with defined structures, enabling them to adopt specific conformations only when functionally necessary.
Q3: What role do flexible segments play in hybrid intrinsically disordered proteins?
Flexible segments in hybrid IDPs connect rigid protein sections while enabling them to interact independently or together with other targets. These segments can act as molecular switches, changing protein function based on conformation. Their flexibility allows the protein to wrap around binding partners or function as molecular glue, bringing multiple proteins together for coordinated cellular activities.
Q4: Why can a single intrinsically disordered protein perform multiple cellular roles?
IDPs can interact with many different binding partners and adopt different ordered conformations depending on each interaction. Their structural flexibility allows them to take on various shapes suited to specific molecular recognition events. This adaptability enables a single IDP to play several distinct roles in the cell, unlike rigid proteins limited to specific conformations and functions.
Q5: How do post-translational modifications affect intrinsically disordered protein structure?
Post-translational modifications including enzymatic cleavage, disulfide bond formation, and covalent modifications with other molecules or chemical groups influence IDP structure and disorder levels. These modifications can trigger or stabilize conformational changes. Additionally, environmental factors like pH and temperature, along with binding to other proteins, further modulate the shape and flexibility of intrinsically disordered proteins.
Q6: How do intrinsically disordered proteins differ from misfolded or unfolded proteins?
Unlike misfolded or unfolded proteins that are typically refolded or degraded by cells, IDPs may never fold into fixed structures or only become ordered under specific cellular conditions. Intrinsically disordered proteins are functional in their flexible state and represent a distinct protein class. Their disorder is not a defect but rather an essential feature enabling their unique cellular roles and interactions.
Q7: Why are intrinsically disordered proteins more prevalent in eukaryotes than prokaryotes?
Eukaryotic cells have more complex regulatory needs and cellular compartmentalization that benefit from the flexibility and multifunctionality of IDPs. The abundance of polar and charged amino acids in IDPs promotes their solubility in the cytoplasm, supporting their extended conformations. This structural feature, combined with eukaryotic complexity, makes IDPs particularly valuable for coordinating diverse homomeric and heteromeric protein complex assemblies.