Back to chapter

3.11:

Семейства белков

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
Protein Families

Languages

Share

Семейство белков это группа белков, которые развились от общего генетического предка. Эти белки имеют сходства в. их трехмерных структурах и функциях, которые они выполняют.Белки из одного семейства называются гомологами. Гомологичные белки, которые эволюционировали в одинаковых видах, называются паралогами, в то время как гомологичные белки в различных видах называются ортологами. Суперсемейство состоит из двух или более семейств, которые эволюционировали от более дальнего общего предка чем у семейства белков.Белки в суперсемействе имеют большие вариации структуры и функций. Семейства белков могут помочь нам сфомулировать гипотезу о функции белка с известной аминокислотной последовательностью, но неизвестной формой или функцией. Эти белки полезно сравнить с другими белками в семействе, чтобы предсказать трехмерную структуру и определить функцию белка.Белковые семейства часто образуются путем дублирования генов, когда генетические механизмы в организме создают дополнительную копию гена. Оригинал ген и его дубликат могут мутировать и их функции могут разойтись поскольку их генные последовательности несут код для иных аминокислотных последовательностей, чем их генетические предки. Белки в семействе могут иметь сходство последовательностей на уровне всего 30%То есть, только 30%первичной аминокислотной последовательности идентичны.Однако в целом структура белка и области внутри белка зачастую очень похожи. Например, гемоглобин и миоглобин это белки, которые как полагают, эволюционировал в результате дублирования генов. Альфа-и бета-субъединицы гемоглобина имеют всего 49%сходства в последовательности аминокислот, но имеют одинаковую общую схему вторичной и третичной структуры белка-то есть, те же позиции их альфа геликсов и поворотов цепочке аминокислот.Альфа-единица гемоглобина и миоглобин имеют всего 26%сходства последовательности, но в то же время имеют аналогичные вторичные и третичные структуры. Все три белка могут связывать кислород через группу гема, так как эти гомологичные белки являются членами кислород-связывающего семейства белков.

3.11:

Семейства белков

Семейства белков — это группы гомологичных белков, то есть они имеют сходства в аминокислотных последовательностях и трёхмерных структурах. Семейства белков обычно возникают из-за дублирования генов, когда в геном организма вводится дополнительная копия гена.   Мутации, которые заменяют аминокислоты, но все еще позволяют белку синтезироваться должным образом, приведут к появлению новых членов семейства белков.   Если эти новые белки содержат аналогичные аминокислоты в ключевых местах, белковые домены и, возможно, общая трехмерная структура, могут оставаться подобными.   Белки внутри семейства могут иметь гомологию аминокислотных последовательностей всего на 30%, но при этом выполнять связанные функции.

Суперсемейства белков

Суперсемейства белков — это более крупные группы белков, которые произошли от более далеких предков. Как правило, они имеют более низкую гомологию последовательностей по сравнению с семейством белков, но, все же, имеют важные общие структурные особенности. Каждое суперсемейство может содержать несколько семейств белков с более близкородственными структурами и функциями.  Некоторые большие семейства даже делятся на подсемейства.  Точное различие в принадлежности белков к суперсемейству, семейству или подсемейству может варьироваться в зависимости от системы классификации и все еще меняется по мере того, как количество белковых последовательностей и структурных данных продолжает расти.

Суперсемейство белков иммуноглобулинов (IgSF) является одним из крупнейших суперсемейств белков; в геноме человека обнаружено более 700 членов суперсемейства.  Все члены суперсемейства содержат один или несколько иммуноглобулиновых (Ig) доменов. Этот домен имеет уникальную трехмерную структуру, состоящую из двух наложенных друг на друга антипараллельных бета-листов, и в основном участвует в адгезии клеток или связывании лиганда. IgSF содержит множество семейств, включая рецепторы антигенов, молекулы клеточной адгезии (CAM), белки цитоскелета и несколько групп рецепторов факторов роста и цитокинов. Некоторые из более крупных семейств в дальнейшем делятся на подсемейства.   Семейство рецепторов антигена можно далее разделить на подсемейства: семейства антител, или иммуноглобулинов, и семейства рецепторов T- клеток; CAM можно разделить на родственные семейства белков NCAM, ICAM и CD2.

Базы данных по классификации

Классификация семейств белков позволяет ученым понять функциональные и эволюционные отношения между белками. Для поиска известных семейств белков или классификации вновь обнаруженных белков можно использовать несколько онлайн-ресурсов.  Pfam – одна из нескольких онлайн-баз данных, где ученый может искать известные белки и члены их семейств.  Исследователь также может ввести аминокислотную последовательность недавно открытого белка, чтобы увидеть, может ли он принадлежать к известному семейству белков из-за сходства последовательностей.  Это может предоставить проверяемую гипотезу о возможной роли нового белка, так как  члены семейств часто имеют похожие структуры и функции.

Suggested Reading

  1. 1PDB ID: 1GZX
    Paoli, M., Liddington, R., Tame, J., Wilkinson, A., Dodson, G. (1996)  Crystal Structure of T State Haemoglobin with Oxygen Bound at All Four Haems. J Mol Biol 256: 775
  2. 2PDB ID: 3RGK
    Hubbard, S.R., Lambright, S.G., Boxer, S.G., Hendrickson, W.A. (1990) X-ray crystal structure of a recombinant human myoglobin mutant at 2.8 A resolution. J Mol Biol 20: 215-218 DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80181-0
  3. H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne. (2000) The Protein Data Bank Nucleic Acids Research, 28: 235-242.
  4. D. Sehnal, A.S. Rose, J. Kovca, S.K. Burley, S. Velankar (2018) Mol*: Towards a common library and tools for web molecular graphics MolVA/EuroVis Proceedings. doi:10.2312/molva.20181103
  5. S. El-Gebali, Sara ,et al. “The Pfam protein families database in 2019,” Nucleic Acids Research,47, no D1, (2019): D427–D432, https://doi.org/10.1093/nar/gky995
  6. S. El-Gebali, L. Richardson,  R. Finn  “Pfam: Quick Tour”  EMBL-EBI Train online. Accessed January 20, 2020, https://www.ebi.ac.uk/training/online/course/pfam-quick-tour
  7. “Protein families and structural evolution.” OpenLearn. Accessed January 20, 2020, https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/science/biology/proteins/content-section-4.1
  8. A. Mitchell, A. Sangrador. “What Are Protein Families?” EMBL-EBI Train online. Accessed January 20, 2020, https://www.ebi.ac.uk/training/online/course/introduction-protein-classification-ebi/protein-classification/what-are-protein-families