4.3: 보존된 결합 자리

Conserved Binding Sites
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Molecular Biology
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Conserved Binding Sites

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01:49 min
November 23, 2020

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

일반적으로 리간드 결합 부위는 특정 유형의 상호 작용 전용인 특정 아미노산 클러스터 또는 도메인 내에 위치합니다.

리간드 결합과 같이 영역의 기능에 결정적인 부분은 진화 과정에서 변하지 않은 상태로 유지되는데, 그 이유는 일반적으로 중요한 기능을 제거하는 돌연변이가 자연선택에 의해 제거되기 때문입니다.

예를 들어, 전사 인자를 포함한 많은 핵 단백질에는 RNA 중합효소 II에 결합하는 FF 도메인이 포함되어 있습니다. 이 도메인은 별도의 나선에 포함된 두 개의 페닐알라닌 아미노산에서 이름을 얻습니다.

이러한 페닐알라닌 아미노산은 몇 가지 다른 고도로 보존된 아미노산과 함께 결합 부위의 소수성 코어를 형성합니다.

이러한 아미노산을 대체하면 이 특정 구조의 형성이 중단되어 RNA 중합효소 II에 결합하는 능력에 영향을 미칩니다.

과학자들은 영역의 보존된 영역을 찾기 위해 진화 추적을 사용합니다. 이는 유사한 도메인의 게놈 및 단백질 염기서열을 비교하고 변경되지 않은 아미노산을 식별하여 수행됩니다.

이러한 관련 염기서열에 대한 후속 분석을 통해 보존된 아미노산에 의해 형성된 클러스터를 식별할 수 있습니다. 이러한 데이터는 단백질의 모양과 결합 부위의 최적 구조를 결정하기 위한 3D 모델을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

보존된 염기서열과 구조를 분석하면 과학자들이 단백질 간의 진화적 관계를 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 유사한 클러스터를 포함하는 새로운 단백질의 결합 부위를 예측할 수 있습니다.