4.2: Белко-белковые интерфейсы

Многие белки образуют комплексы для выполнения своих функций, что делает белок-белковые взаимодействия (PPI) необходимыми для выживания организма. Большинство ИПП стабилизируются многочисленными слабыми нековалентными химическими силами. Физическая форма интерфейсов определяет способ взаимодействия двух белков. Многие глобулярные белки имеют на своей поверхности близко совпадающие формы, образующие большое количество слабых связей. Кроме того, многие ИПП возникают между двумя спиралями или между поверхностной щелью и полипептидной цепью или нитью.

Для изучения интерфейсов белков используются различные вычислительные и биохимические методы. Лабораторные методы, такие как аффинная очистка, масс-спектрометрия и белковые микроматрицы, могут использоваться для выявления новых взаимодействий. Коиммунопреципитация белков и скрининг двухгибридов дрожжей широко используются для получения доказательств того, взаимодействуют ли два белка in vitro. Компьютерные программы могут прогнозировать ИПП на основе аналогичных взаимодействий, обнаруженных в других белках, путем сравнения белковых последовательностей и трехмерных структур. Другие вычислительные подходы, такие как филогенетическое профилирование, прогнозируют ИПП на основе коэволюции партнеров по связыванию. Кроме того, анализ слияния генов используется для прогнозирования партнеров по взаимодействию путем поиска пар белков, слитых в геноме других организмов.

Белки обычно взаимодействуют с несколькими партнерами одновременно или в разное время и могут содержать более одного интерфейса взаимодействия. Многие белки образуют большие комплексы, выполняющие специфические функции, которые может выполнять только полный комплекс. В некоторых случаях эти белковые взаимодействия регулируются; то есть белок может взаимодействовать с разными партнерами в зависимости от клеточных потребностей. Дальнейший вычислительный и статистический анализ сортирует такие взаимодействия в сети, которые хранятся в онлайн-базах данных интерактомов. Эти базы данных с возможностью поиска позволяют пользователям изучать конкретные взаимодействия белков, а также разрабатывать лекарства, которые могут усиливать или разрушать взаимодействия на границе раздела.

Многие биологические процессы зависят от белок-белковых взаимодействий. На самом деле, большое количество белков необходимо для формирования белковых комплексов, или олигомеров, которые выполняли бы свои функции. Иногда два или более идентичных белка формируют комплекс, такой, как этот димер кинезина, который состоит из двух идентичных белковых цепочек.

В других случаях, другие белки или полипептиды объединиться, чтобы сформировать функциональный блок. Например, цитоскелетные микротрубочки состоят из альфа и бета димеров тубулина. Связывающие поверхности альфа и бета мономероы тубулина имеют дополняющие друг друга формы.

Эти подходящие формы позволяют мономерам формировать большое количество нековалентных взаимодействий, которые затем держат альфа и бета-тубулин вместе. Этот тип интерфейса является примером взаимодействия типа поверхность-поверхность. Аналогично сайтам привязки лиганд, взаимодействия на белок-белковом интерфейсе могут включать нековалентные связи и гидрофобные силы.

Однако, ковалентные дисульфидные связи между цистеиновыми аминокислотами на поверхности каждого белка могут также сыграть свою роль в удержании их вместе. Но не все интерфесы между белками имеют совпадающие поверхности. Например, многие ферменты, таие, как эта протеинкиназа А, формируют расщелину, которая может распознавать и связывать полипептидные петли своих партнеров по связыванию.

Такой тип интерфейса известен как взаимодействие типа поверхность-нить. Известен и другой тип интерфейса спираль-спираль или спиральная катушка, который формируется, когда спирали двух белков оборачивают друг друга. Это интерфейс часто наблюдается в белках, содержащих домены лейциновой молнии, например, эукариотические факторы транскрипции.

В заключение, физическая структура и химические свойства взаимодействующих частей определяют тип интерфейса между двумя белками.

• Protein-protein interactions (PPIs) - Essential for organism survival, often formed by weak noncovalent chemical forces.
• Protein interface - Physical shape determining protein interaction, enabled by closely matching surfaces or specific arrangements.
• Protein complexes - Large protein formations performing specific functions, only executable by the complete assembly.
• Interaction methods - Computational and biochemical procedures used to study, design, regulate, and predict protein interfaces.
• Interactome databases - Online resources curating protein interactions, used to study specific protein interactions and design drugs.

• Define Protein-Protein Interactions (PPIs) - Explain the importance and types of PPIs (e.g., protein-protein interfaces).
• Contrast Types of Interactions - Explain differences in protein interfaces, complexes, and other interactions (e.g., chemico biological interactions).
• Explore Methods - Describe different computational and biochemical procedures in protein interaction study (e.g., protein microarrays, yeast two-hybrid screening, gene fusion analysis).
• Explain Protein Complexes - Describe how proteins form large complexes and their functions.
• Apply in Database Use - Analyze use of online interactome databases in drug design and interaction study.

• [Question 1] What are protein-protein interactions (PPIs) and how are they formed?
• [Question 2] What differentiates protein interfaces, interfaces, and complexes?
• [Question 3] How are different computational and biochemical techniques used in the study of protein interactions?

• Students - Understand how protein interaction concepts support biological and biochemical understanding.
• Educators - Provides a clear framework for teaching protein interactions and interfaces.
• Researchers - Aids in investigation and prediction of protein interactions, interface design, and drug discovery.
• Science Enthusiasts - Offers insights into protein biology and interests in interaction networks and drug design.