Мультибелковый комплекс (или просто белковый комплекс ) представляет собой группу, состоящую из двух или более связанных полипептидных цепей. Различные полипептидные цепи могут иметь разнообразные функции. Мультибелковый комплекс отличается от мультиферментного полипептида, тем, что в последнем многочисленные каталитические домены находятся в одной полипептидной цепи .

Белковые комплексы являются формой четвертичной структуры . Белки , входящие в состав белковых комплексов, связаны нековалентными белок-белковыми взаимодействиями , а также различные белковые комплексы имеют различную степень устойчивости в течение времени. Эти комплексы являются краеугольным камнем многих (если не большинства) биологических процессов и вместе они образуют различные типы молекулярных машин, которые выполняют широкий спектр биологических функций. Всё чаще учёные рассматривают клетку в качестве компонента, состоящего из модульных надмолекулярных комплексов, каждый из которых выполняет независимую, дискретную биологическую функцию .

Благодаря близости, скорость взаимодействий и селективность связывания между ферментативным комплексом и субстратами могут быть значительно лучше, что приводит к более высокой клеточной эффективности. Многие из методов, используемых для вскрытия клеток и изолирования белков, по своей природе являются деструктивными для таких крупных комплексов и поэтому часто бывает трудно определить компоненты, входящих в белковый комплекс. Примером белковых комплексов являются протеасомы молекулярной деградации и большинство РНК-полимераз . В стабильных комплексах, крупные гидрофобные взаимодействия между белками обычно скрываются на площади поверхности более, чем 2500 квадратных ангстрем .

Типы белковых комплексов

Облигатный и необлигатный белковый комплекс

Если белок может самостоятельно (без участия других белков) образовывать стабильную складчатую структуру in vivo , то комплексы, образованные такими белками, называются «необлигатными белковыми комплексами». Однако некоторые белки не способны самостоятельно создавать стабильную складчатую структуру, но могут входить в состав белкового комплекса, который стабилизирует входящие в него белки. Такие белковые комплексы называются «облигатными белковыми комплексами» .

Временный и постоянный/стабильный белковый комплекс

Временные белковые комплексы образуются и временно разрушаются in vivo , тогда как постоянные комплексы имеют относительно длительный период полураспада. Обычно облигатные взаимодействия ( белок-белковые взаимодействия в облигатном комплексе) являются постоянными, тогда как необлигатные взаимодействия оказываются либо постоянными, либо временными . Отметим, что чёткого различия между облигатным и необлигатным взаимодействием не существует, скорее между ними существует континуум, который зависит от различных условий, например, рН, концентрации белка и так далее . Однако существуют важные различия между свойствами временных и постоянных/стабильных взаимодействий: стабильные взаимодействия высококонсервативны, а временные взаимодействия гораздо менее консервативны, взаимодействующие белки по обе стороны стабильного взаимодействия имеют бóльшую тенденцию к совместной экспрессии, чем те, которые имеют временные взаимодействия (на самом деле вероятность совместной экспрессии между двумя временно взаимодействующими белками не выше, чем между двумя случайными белками), а временные взаимодействия гораздо менее колокализованы (совместно локализованы), чем стабильные взаимодействия . Хотя временные взаимодействия по своей природе являются ограниченными, они очень важны для клеточной биологии: человеческий интерактом богат такого рода взаимодействиями, эти взаимодействия являются доминирующими участниками регуляции генов и передачи сигналов, а белки с внутренне неупорядоченными областями (IDR: области в белке, которые демонстрируют динамические взаимопреобразующие структуры в нативном состоянии) оказываются обогащены временными регуляторными и сигнальными взаимодействиями .

«Нечёткий» или структурно-беспорядочный белковый комплекс

Нечёткие белковые комплексы имеют более одной структурной формы или динамический структурный беспорядок в связанном состоянии . Это означает, что белки не могут полностью складываться ни в переходные (временные), ни в постоянные комплексы. Следовательно, конкретные комплексы могут иметь неоднозначные взаимодействия, которые меняются в зависимости от сигналов окружающей среды. Таким образом, различные ансамбли структур приводят к различным (даже противоположным) биологическим функциям . Посттрансляционные модификации , белковые взаимодействия или альтернативный сплайсинг изменяют конформационные ансамбли нечётких комплексов для точного подстраивания к аффиности (сродству) или специфичности взаимодействий. Эти механизмы часто используются для регуляции эукариотического механизма транскрипции .

Эссенциальные (незаменимые) белки в белковых комплексах

Хотя некоторые ранние исследования предполагали сильную корреляцию между эссенциальностью (незаменимостью) и степенью взаимодействия белков (правило «centrality-lethality»), последующие анализы показали, что эта корреляция слаба для бинарных или временных взаимодействий (например, двугибридная система-организм дрожжей) . Однако корреляция устойчива для сетей стабильных совместных комплексных взаимодействий. Фактически, непропорционально большое количество незаменимых генов принадлежит белковым комплексам . Это привело к выводу, что эссенциальность — это свойство молекулярных машин (т.е. комплексов), а не отдельных компонентов . Wang et al. (2009) отметили, что более крупные белковые комплексы с большей вероятностью будут эссенциальными, что объясняет, почему незаменимые гены с большей вероятностью будут иметь высокую степень взаимодействия совместных комплексов . Ryan et al (2013) назвали наблюдение за такого рода белковыми комплексами — модульной эссенциальностью . Эти авторы также показали, что комплексы, как правило, состоят либо из незаменимых либо из заменимых белков, а не имеют случайного распределения (см. Рисунок). Однако этот феномен не относится к закону «всё или ничего»: только около 26 % (105/401) дрожжевых комплексов состоят исключительно из незаменимых или исключительно заменимых субъединиц .

У людей гены , чьи белковые продукты принадлежат к одному и тому же комплексу, с большей вероятностью приводят к одному и тому же фенотипу заболевания .

Определение структуры

Молекулярная структура белковых комплексов может быть определена с помощью экспериментальных методов, таких как рентгеновская кристаллография , анализа отдельных частиц или ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Примечания

Ссылки

• MeSH