Language
Country/Area
No result found
Den Code des Lebens entschlüsseln: Warum ist die Proteinstruktur überzeugender als die Proteinsequenz?
Heutzutage, mit der zunehmenden Entwicklung der Biologie und Biotechnologie, sind sich Wissenschaftler zunehmend der Bedeutung der Proteinstruktur für die Aufklärung ihrer Funktion und Evolutionsgeschichte bewusst. Obwohl Sequenzähnlichkeit traditionell als primäre Methode zur Ableitung von Proteinhomologien angesehen wurde, haben Indikatoren für strukturelle Ähnlichkeit eine größere Zuverlässigkeit gezeigt, insbesondere wenn es um die Klassifizierung von Proteinsuperfamilien geht.
Protein-Superfamilien sind die größte Gruppierung, um auf einen gemeinsamen Vorfahren schließen zu können, und diese Beziehung wird oft durch strukturelle Ausrichtung abgeleitet, auch wenn es keine offensichtliche Ähnlichkeit in der Reihenfolge gibt.
Die Identifizierung von Protein-Superfamilien beruht auf einer Vielzahl von Methoden. Durch strukturelle Ähnlichkeiten können viele evolutionär ähnliche Proteinmitglieder identifiziert werden, und selbst wenn sie sich in der Sequenz völlig unterscheiden, können die Funktionen und katalytischen Mechanismen dieser Proteine dennoch erhalten bleiben.
Konservatismus der Struktur
Die Struktur ist evolutionär stärker konserviert als die Sequenz. Das bedeutet, dass auch Proteine mit sehr ähnlicher Struktur, die einen langen Evolutionsprozess durchlaufen haben, völlig unterschiedliche Aminosäuresequenzen aufweisen können. Dies ist in der Biologie von großem Interesse, da viele biologische Studien auf Sequenzanalysen basieren, um auf die Funktion und Herkunft von Proteinen zu schließen.
Sekundäre Strukturelemente und tertiäre Strukturmerkmale von Proteinen sind oft hoch konserviert, und viele katalytische Mechanismen sind auch über Protein-Superfamilien hinweg konserviert, auch wenn die Substratspezifität stark variieren kann.
Es wird geschätzt, dass etwa 66 % bis 80 % der eukaryotischen Proteine mehrere Domänen haben, und diese Domänen werden oft miteinander vermischt, um die sogenannte „Domänenarchitektur“ zu bilden. Das bedeutet, dass einfache Sequenzvergleiche möglicherweise nicht aufdecken, wie diese Proteine miteinander verwandt sind, Strukturvergleiche jedoch implizite Verbindungen zwischen ihnen aufdecken.
Die evolutionäre Bedeutung von Protein-Superfamilien
Protein-Superfamilien stellen die neuesten Fortschritte im wissenschaftlichen Verständnis und der Erforschung gemeinsamer Vorfahren dar. Diese Superfamilien stellen die größte evolutionäre Gruppierung dar, die auf der Grundlage direkter Beweise identifiziert werden kann. Einige Mitglieder kommen in allen Reichen des Lebens vor, was darauf hindeutet, dass die Vorfahren dieser Superfamilien im letzten gemeinsamen Vorfahren (LUCA) allen Lebens leben.
Genduplikation (Parallelität) kommt bei Mitgliedern der Superfamilie häufiger vor als bei Proteinen innerhalb derselben Art, was es einfacher macht, den Ursprung von Genen anhand struktureller Korrelationen zu untersuchen.
Obwohl strukturelle Ähnlichkeit viele Erkenntnisse liefert, weisen strukturell ähnliche Proteine in einigen Fällen natürlich keine offensichtliche Sequenzähnlichkeit auf, was die Proteinstruktur zu einer höheren Priorität als die Sequenzanalyse macht.
Schlussfolgerung
Mit der Weiterentwicklung der Proteinstrukturforschungstechnologie erkennt die wissenschaftliche Gemeinschaft allmählich die Bedeutung der Struktur für die Erklärung der Proteinfunktion, -entwicklung und -interaktion, die wichtige ergänzende Informationen für die Genomik liefert. Sollten wir uns in Zukunft bei der Untersuchung der Tausenden verschiedener Proteine auf der Welt mehr auf ihre Struktur als auf ihre Sequenz konzentrieren?
