Четвртична структура на белковините

Четвртична (квартерна) структура на белковините — број и распоред на повеќекратните склопени белковински подединици во повеќебелковинскиот комплекс. Таа вклучува организации од едноставни димери до големи хомоолигомери и комплекси со одреден или променлив број на подединици.^[1] Таа може, исто така, да се однесува на биомолекуларните комплекси на белковини со нуклеински киселини или други кофактори.

Опис и примери

Многу белковини се всушност агрегати на повеќе полипептидни синџири. Четвртичната структура се однесува на бројот и распоредот на белковинските подединици една во однос на друга.^[2] Примери на белковини со четвртична структура се хемоглобинот, ДНК-полимеразата и јонските канали.

Ензимите кои се составени од подединици со различни функции понекогаш се нарекуваат холоензими, во кои некои делови може да бидат регулаторни подединици, а функционалното јадро е познато како каталитичка подединица. Други агрегати, кои, пак, се именуваат како мултибелковински комплекси, исто така поседуваат четвртична структура. Примери се нуклеозомите и микротубулите. Промените во четвртичната структура може да се настанат преку конформациони промени во рамките на поединечните подединици или преку преориентација на едни подединици во однос на други. Токму преку таквите промени, кои се основата на кооперативноста и алостеријата кај „мултимерните“ ензими, многу белковини можат да ја вршат својата физиолошка функција и подложни се на регулација.

Горенаведената дефиниција го следи класичниот пристап кон биохемијата, поставена во времето кога не била правена разлика помеѓу белковина и функционална белковинска единица. Меѓутоа, во поново време, кога се говори за четвртична структура на белковините се мисли на интеракција помеѓу две или повеќе белковини, а сите агрегати на белковински молекули се разгледуваат како белковински комплекси.

Номенклатура

Бројот на подединици во еден олигомерен комплекс се наведува со користење на имиња кои завршуваат со наставката -мер (грчки за „дел, подединица“). Формалните и грчко-латинските имиња генерално се користат за првите десет типови и можат да се користат за до дваесет подединици, додека комплексите од повисок ред обично се опишани со бројот на подединици, проследено со -мерен.

1 = мономер/подединица
2 = димер
3 = тример
4 = тетрамер
5 = пентамер
6 = хексамер

7 = хептамер
8 = октамер
9 = нонамер
10 = декамер
11 = ундекамер
12 = додекамер

13 = тридекамер
14 = тетрадекамер
15 = пентадекамер*
16 = хексадекамер
17 = хептадекамер*
18 = октадекамер

19 = нонадекамер
20 = еикозамер
21-мер
22-мер
23-мер*
итн.

*Без познати примери

Иако поголемите комплекси од октамери ретко се забележуваат кај повеќето белковини, постојат некои важни исклучоци. Вирусните капсиди често се состојат од група на 60 белковини. Примери во клетките се некои молекуларни машини, како што се протеазомот (четири хептамерни прстени = 28 подединици), транскрипциониот комплекс и сплајсозомот. Рибозомот е веројатно најголемата молекуларна машина, составена од неколку РНК и мноштво на белковински молекули.

Во некои случаи, белковините може да градат комплекси кои потоа се собираат во уште поголеми комплекси. Во вакви случаи се користи номенклатурата, на пример, „димер на димери“ или „тример на димери“, за да се означи дека комплексот може да се дисоцира на помали под-комплекси пред дисоцијацијата во мономери.

Одредување

Четвртичната структура на белковините може да се одреди со користење на различни експериментални техники. Овие експерименти често даваат проценка за масата на нативната белковина и, во комбинација со информациите за масите и/или стехиометријата на подединиците, дозволуваат да се предвиди четвртичната структура со одредена точност. Од различни причини не секогаш е возможно да се добие прецизно одредување на составот на подединиците.

Бројот на подединици во белковинскиот комплекс често може да се одреди со мерење на хидродинамичкиот молекуларен волумен или масата на интактниот комплекс кој бара услови на нативниот раствор. За склопени белковини, масата може да се изведе од волуменот со употреба на делумниот специфичен волумен од 0,73 ml/g. Сепак, мерењата на волуменот се помалку сигурни од мерењата на масата, бидејќи несклопените белковини имаат многу поголем волумен од склопените белковини; потребни се дополнителни експерименти за да се утврди дали белковината е несклопена или има формирано олигомер.

Предвидување

Развиени се неколку биоинформатички методи за предвидување на четвртичната структура на белковините врз основа на информации за нивните низи, со употреба на псевдо аминокиселински состав (PseAAC).^[2]^[3]^[4]

Директно мерење на масата на интактни комплекси

таложење - аналитичко ултрацентрифугирање
масена спектрометрија со електроспреј јонизација
Масено спектрометриски имуноесеј MSIA

Директно мерење на големина на интактни комплекси

статичко расејување на светлината
гел ексклузивна хроматографија (бара баждарење)
Интерферометрија со двојна поларизација

Индиректно мерење на големина на интактни комплекси

седиментационо-брзинска аналитичка ултрацентрифугација (ја мери транслационата константа на дифузија)
динамично расејување на светлината (ја мери транслационата константа на дифузија)
пулс-градиентна белковинска јадрена магнетна резонанца (ја мери транслационата константа на дифузија)
поларизација на флуоресценција (ја мери вртежната константа на дифузија)
диелектрична релаксација (ја мери вртежната константа на дифузија)
Интерферометрија со двојна поларизација (ја мери големината и густината на комплексот)

Поврзано

Наводи

↑ Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002). „Quaternary Structure: Polypeptide Chains Can Assemble Into Multisubunit Structures“. Biochemistry. 5th edition (англиски).
↑ ^2,0 ^2,1 Chou, Kuo-Chen; Cai, Yu-Dong (2003-11-01). „Predicting protein quaternary structure by pseudo amino acid composition“. Proteins. 53 (2): 282–289. doi:10.1002/prot.10500. ISSN 1097-0134. PMID 14517979.
↑ Zhang, Shao-Wu; Chen, Wei; Yang, Feng; Pan, Quan (2008). „Using Chou's pseudo amino acid composition to predict protein quaternary structure: a sequence-segmented PseAAC approach“. Amino Acids. 35 (3): 591–598. doi:10.1007/s00726-008-0086-x. ISSN 1438-2199. PMID 18427713.
↑ Xiao, Xuan; Wang, Pu; Chou, Kuo-Chen (2009-02-14). „Predicting the quaternary structure attribute of a protein by hybridizing functional domain composition and pseudo amino acid composition“. Journal of Applied Crystallography (англиски). 42 (2): 169–173. doi:10.1107/S0021889809002751. ISSN 0021-8898.

Надворешни врски

База на податоци за макромолекуларни структури (MSD) на Европскиот институт за биоинформатика (EBI) – поседува список на можна четвртична структура за секоја белковина во Банката на податоци за белковини - Protein Data Bank (PDB).
PISA – опслужувач за белковински интерфејси, површини и групации на MSD.
EPPIC – Evolutionary Protein–Protein Interface Classification: еволутивна проценка на интерфејси во кристалните структури (англиски)
3D комплекс – Структурна класификација на белковински комплекси (англиски)
Proteopedia Насловна Страница 3D енциклопедија за белковини и други молекули.
ProtCID—база на податоци на слични белковина–белковина интерфејси во кристалните структури на хомологни белковини. (англиски)

[1] Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002). „Quaternary Structure: Polypeptide Chains Can Assemble Into Multisubunit Structures“. Biochemistry. 5th edition (англиски).

[:0-2] 2,0 ^2,1 Chou, Kuo-Chen; Cai, Yu-Dong (2003-11-01). „Predicting protein quaternary structure by pseudo amino acid composition“. Proteins. 53 (2): 282–289. doi:10.1002/prot.10500. ISSN 1097-0134. PMID 14517979.

[3] Zhang, Shao-Wu; Chen, Wei; Yang, Feng; Pan, Quan (2008). „Using Chou's pseudo amino acid composition to predict protein quaternary structure: a sequence-segmented PseAAC approach“. Amino Acids. 35 (3): 591–598. doi:10.1007/s00726-008-0086-x. ISSN 1438-2199. PMID 18427713.

[4] Xiao, Xuan; Wang, Pu; Chou, Kuo-Chen (2009-02-14). „Predicting the quaternary structure attribute of a protein by hybridizing functional domain composition and pseudo amino acid composition“. Journal of Applied Crystallography (англиски). 42 (2): 169–173. doi:10.1107/S0021889809002751. ISSN 0021-8898.

[1]

[2]

[3]

[4]