Elektrozawór alfa
Solenoid alfa (czasami znany również jako podkowa alfa lub ułożone w stosy pary helis alfa , w skrócie SPAH ) to fałd białkowy składający się z powtarzających się podjednostek helisy alfa , zwykle motywów helisa-obrót-helisa , ułożonych w sposób antyrównoległy , tworząc superhelisę. Solenoidy alfa są znane ze swojej elastyczności i plastyczności. Podobnie jak śmigła beta , solenoidy alfa są formą solenoidowej domeny białkowej powszechnie spotykanej w białkach wchodzących w skład kompleksu porów jądrowych . Są one również powszechne w białkach płaszcza błonowego znanych jako płaszczomery , takich jak klatryna , oraz w białkach regulatorowych , które tworzą rozległe interakcje białko-białko ze swoimi partnerami wiążącymi. Opisano również przykłady struktur alfa solenoidu wiążących RNA i lipidy .
Terminologia i klasyfikacja
Termin „solenoid alfa” był używany w literaturze w sposób nieco niekonsekwentny. Zgodnie z pierwotną definicją solenoidy alfa składały się z helisa-zwrot-helisa , które układały się w otwartą superhelisę. Jednak systemy klasyfikacji strukturalnej białek stosowały różną terminologię; Structural Classification of Proteins (SCOP) opisuje te białka przy użyciu terminu „superhelisa alfa alfa”. Baza danych CATH używa terminu „podkowa alfa” dla tych białek i używa „solenoidu alfa” dla nieco innej i bardziej zwartej struktury, której przykładem jest białko wiążące perydyninę i chlorofil .
Struktura
Białka solenoidu alfa składają się z powtarzających się jednostek strukturalnych zawierających co najmniej dwie helisy alfa ułożone w orientacji antyrównoległej . Często powtarzającą się jednostką jest helisa-obrót-helisa , ale może być bardziej rozbudowany, jak w wariantach z dodatkową helisą w segmencie skrętu. Solenoidy alfa mogą być tworzone przez kilka różnych typów spiralnych powtórzeń tandemowych , w tym powtórzenia HEAT , powtórzenia Armadillo , powtórzenia tetratricopeptydu (TPR), powtórzenia bogate w leucynę i powtórzenia ankiryny .
Solenoidy alfa mają niezwykłą sprężystość i elastyczność w stosunku do białek kulistych . Czasami uważa się, że zajmują one pozycję pośrednią między białkami kulistymi a włóknistymi białkami strukturalnymi , różniącymi się od tych ostatnich częściowo ze względu na brak zapotrzebowania solenoidów alfa na interakcje międzycząsteczkowe w celu utrzymania ich struktury. Stopień krzywizny superhelisy solenoidu alfa różni się znacznie w zależności od klasy, co skutkuje zdolnością tych białek do tworzenia dużych, rozszerzonych interakcji białko-białko lub do tworzenia głębokich wklęsłych obszarów do wiązania białek kulistych.
Ponieważ składają się z powtarzających się stosunkowo krótkich podjednostek, solenoidy alfa mogą stosunkowo łatwo uzyskać dodatkowe podjednostki, co skutkuje nowymi właściwościami powierzchni interakcji. W rezultacie znane białka solenoidów alfa różnią się zasadniczo długością.
Funkcjonować
Komponenty kompleksu porów jądrowych
Solenoidy alfa zajmują ważne miejsce w białkach tworzących kompleks porów jądrowych (NPC); domeny solenoidu alfa i śmigła beta stanowią łącznie do połowy masy podstawowego rusztowania NPC. Duża liczba konserwatywnych nukleoporyny tworzących NPC to białka alfa-solenoidowe lub składają się z domeny beta śmigła na N-końcu i solenoidu alfa na C-końcu . Ta ostatnia architektura domeny występuje również w clathrin i Sec31 i uważano, że jest unikalna dla eukariontów , chociaż kilka przykładów odnotowano w planctomycetes .
Białka otoczki pęcherzyków
Białka otoczki pęcherzyków często zawierają solenoidy alfa i mają wspólną architekturę domeny z niektórymi białkami NPC. Wszystkie trzy główne kompleksy otoczki zaangażowane w różne szlaki komórkowe zawierają solenoidowe białka alfa: klatryna / adaptyna , który pączkuje pęcherzyki z błony plazmatycznej i bierze udział w endocytozie ; kompleks COPI , który pączkuje pęcherzyki z aparatu Golgiego i jest związany z transportem wstecznym ; oraz COPII , który pączkuje pęcherzyki z retikulum endoplazmatycznego i jest związany z transportem wstecznym .
Białka transportowe
Ze względu na ich skłonność do tworzenia dużych powierzchni oddziaływań, dobrze dostosowanych do oddziaływań białko-białko , oraz ich elastyczne powierzchnie umożliwiające wiązanie różnych cząsteczek ładunku, białka solenoidu alfa powszechnie działają jako białka transportowe , szczególnie w transporcie między jądrem a cytoplazmą . Na przykład nadrodzina beta- karioferyny składa się z białek solenoidu alfa utworzonych z powtórzeń HEAT ; importin beta jest członkiem tej rodziny, a jej białko adaptorowe importin alfa jest solenoidem alfa utworzonym z powtórzeń Armadillo . Transportery innych cząsteczek, takich jak RNA , mogą również mieć architekturę alfa solenoidu, jak w białkach wiążących RNA zawierających eksportynę-5 lub pentatrikopeptyd, które są szczególnie powszechne w roślinach.
Białka regulatorowe
Zdolność interakcji białko-białko białek alfa-solenoidowych sprawia, że są one również dobrze przystosowane do działania jako białka regulatorowe . Na przykład podjednostka regulatorowa A (znana również jako PR65) fosfatazy białkowej 2A jest solenoidem alfa z powtórzeniem HEAT, którego elastyczność konformacyjna reguluje dostęp do miejsca wiązania enzymu.
Rozkład taksonomiczny
Białka solenoidów alfa występują we wszystkich dziedzinach życia ; jednak ich częstotliwości w różnych proteomach znacznie się różnią. Występują rzadko u wirusów i bakterii , nieco częściej u archeonów i dość często u eukariontów . Wiele eukariotycznych białek solenoidu alfa ma wykrywalne homologi tylko u innych eukariontów i często są one ograniczone jeszcze dalej, do akordów . Prokariotyczne białka solenoidów alfa są skoncentrowane w określonych taksonach, zwłaszcza sinicach i planktomycetach , które mają niezwykle złożoną kompartmentalizację wewnątrzkomórkową w porównaniu z większością prokariotów.
Ewolucja
Ewolucyjne relacje między różnymi białkami solenoidów alfa są trudne do prześledzenia ze względu na niską homologię sekwencji powtórzeń. Uważa się , że zbieżna ewolucja podobnych struktur białkowych z białek niepowiązanych przodkami ma znaczenie w historii ewolucji tej klasy fałdów.
Kompleksy porów jądrowych i transport pęcherzyków
Kompleks porów jądrowych jest niezwykle dużym kompleksem białkowym , który pośredniczy w przejściu do iz jądra komórkowego . Homologiczne struktury, z których mógł wyewoluować NPC, nie zostały wykryte w prokariotycznych transbłonowych białkach transportowych; jednakże zasugerowano, że składniki NPC wykazują wyraźną homologię z białkami otoczki pęcherzyków występującymi w klatryna / adaptyna , COPI i COPII . Co najbardziej charakterystyczne, wspólną architekturę domeny składającą się z N-końcowego śmigła beta i C-końcowego solenoidu alfa wykryto zarówno w białkach NPC, jak i płaszczu, co sugeruje możliwe wspólne pochodzenie. Zaproponowano rodowy „protopowłoka”, który zróżnicował się, aby uzyskać pochodne cechy wszystkich czterech współczesnych kompleksów.
Badanie genomu Lokiarchaeum , uważanego za jednego z najbliższych archeonów spokrewnionych z eukariotami, nie ujawniło żadnych przykładów architektury domeny beta śmigła / solenoidu alfa, chociaż zidentyfikowano homologi innych białek zaangażowanych w handel błonami eukariotycznymi. Jednak nie jest jasne, czy ta obserwacja oznacza, że architektura śmigła / solenoidu wyewoluowała później, czy też została utracona ze współczesnych lokiarchaea.
Białka otoczki błonowej u prokariotów
Badanie zsekwencjonowanych genomów złożonych prokariotów z supertypu PVC ( Planctomycetota - Verrucomicrobiota - Chlamydiota ) pozwoliło zidentyfikować przykłady białek wykazujących homologię z eukariotycznymi białkami transportującymi błony, w tym przykłady charakterystycznej architektury domeny beta-śmigła/alfa-solenoidu, o której wcześniej sądzono, że charakterystyczne dla eukariontów. Supertyp PVC jest znany z tego, że zawiera bakterie o niezwykle złożonej morfologii błony, a odkrycie to zostało przytoczone jako dowód na korzyść statusu tych organizmów jako formy pośredniej między prokariotami a eukariotami. Planctomycete Gemmata obscuriglobus ma wyjątkowo złożoną architekturę błony i jest źródłem kontrowersji w literaturze dotyczących możliwości, że ma związany z błoną przedział „nukleoidowy” otaczający jego DNA. Identyfikacja białek o podobieństwach sekwencji do powtórzeń HEAT w proteomie G. obscuriglobus została zinterpretowana jako wsparcie dla hipotezy nukleoidu związanego z błoną; jednak zostało to zakwestionowane.
Bioinformatyka
Niskie podobieństwo sekwencji między białkami solenoidów alfa o podobnej strukturze utrudnia ich identyfikację metodami bioinformatycznymi , ponieważ sekwencja powtórzeń często nie jest dobrze zdefiniowana. Opracowano wiele różnych metod obliczeniowych w celu zidentyfikowania kandydujących białek solenoidu alfa na podstawie ich sekwencji aminokwasowej .
Linki zewnętrzne
- RepeatsDB klasa α-solenoidów