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Das Geheimnis von Struktur zu Funktion: Wie entwickeln sich Proteine zu verschiedenen einzigartigen katalytischen Fähigkeiten?
In Organismen sind Proteine nicht nur die grundlegenden Bausteine des Lebens, sondern auch der Katalysator für verschiedene biochemische Reaktionen.Mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie haben die Forscher allmählich ein tieferes Verständnis des Evolutionsprozesses von Proteinen erlangt und die Geheimnisse seiner einzigartigen katalytischen Fähigkeiten aufgedeckt.Was ist die Quelle dieser Fähigkeiten mit der Struktur von Proteinen?
Die Protein -Superfamilie ist der größte Proteincluster, der basierend auf gemeinsamen Vorfahren abgeleitet wurde.Dieses Konzept basiert nicht nur auf der Ähnlichkeit der Sequenz, sondern auch auf der Ähnlichkeit von Struktur und Mechanismus.
Methoden zur Identifizierung der Protein -Superfamilie
Die Identifizierung der Protein -Superfamilie erfolgt normalerweise mit einer Vielzahl von Methoden.Die häufigste Methode besteht darin, die Homologie durch Sequenzähnlichkeit zu schließen.Obwohl die Ähnlichkeit von Sequenzen als guter Indikator für die Abschließung der Korrelation angesehen wird, ist dies nicht der einzige Weg.
Sequenzähnlichkeit
Die Ähnlichkeit der-Sequenz ist eine der ältesten und am häufigsten verwendeten Methoden.Da Aminosäuresequenzen im Allgemeinen konservativer sind als DNA -Sequenzen, sind konservierte Sequenzregionen in vielen Fällen mit der Funktion verbunden, insbesondere an katalytischen und Bindungsstellen.
Während die Sequenzähnlichkeit Hinweise auf die Homologie liefern kann, kann die nachweisbare Sequenzähnlichkeit nicht mehr zwischen den Proteinen über die langfristige Evolution angezeigt werden.
strukturelle Ähnlichkeit
Im Vergleich zu Sequenzen sind Proteinstrukturen während der Evolution konservativer.Auch wenn sich die Aminosäuresequenz signifikant ändert, können die sekundären Strukturelemente und tertiären Strukturregionen des Proteins noch erhalten bleiben.Im Rahmen des strukturellen Alignment -Programms können Wissenschaftler Proteine mit ähnlichen Falten finden, auch wenn ihre Sequenzen signifikante Unterschiede aufweisen.
Ähnlichkeit der Mechanismen
In derselben Superfamilie bleibt der katalytische Mechanismus von Enzymen im Allgemeinen beibehalten.Obwohl die Substratspezifität signifikant unterschiedlich sein kann, zeigt die Struktur und die Sequenzreihenfolge zwischen katalytischen Resten häufig Ähnlichkeit.
zum Beispiel, obwohl sich katalytische Triplettreste in der PA -Familie als unterschiedlich entwickelt haben, sind ihre katalytischen Mechanismen ähnlich.
Die Bedeutung der Evolution
Studie zur Protein -Superfamilie repräsentiert die Grenzen unserer Fähigkeit, gemeinsame Vorfahren zu identifizieren.Viele Mitglieder der Superfamilie treten in den Königreichen aller Lebewesen auf, was darauf hinweist, dass ihre gemeinsamen Vorfahren im letzten gemeinsamen Vorfahren aller Lebens (Luca) existieren.
Diverenz und struktureller Konservatismus
Die meisten Proteine haben mehrere Domänen, und laut Untersuchungen haben etwa 66-80% der eukaryotischen Proteine und 40-60% der prokaryotischen Proteine mehrere Domänen.Die Kombinationen zwischen diesen Domänen folgen häufig einer konservativen N-terminalen bis c-terminalen strukturellen Art.Dies impliziert, dass während der Evolution eine relativ begrenzte Anzahl von natürlich vorkommenden Domänenkombinationen vorhanden ist, diese Kombinationen können jedoch mehrere Funktionen ausführen.
Zum Beispiel haben Mitglieder der Alpha/β -Hydrolase -Superfamilie Alpha/β -Blätter und sind mit der Restreihenfolge der katalytischen Tripletts assoziiert, die eine Vielzahl verschiedener katalytischer Reaktionen durchführen.
Beispiele für die Protein -Superfamilie
In verschiedenen Superfamilien gibt es viele auffällige Beispiele wie: die Immunglobulin-Superfamilie, deren Struktur sofa-ähnlich ist, wichtige kognitive und Adhäsionsprozesse beinhaltet.Zum Beispiel haben Mitglieder der RAS -Superfamilie eine gemeinsame katalytische G -Domäne, die darauf hinweisen, dass sie ähnliche biologische Funktionen haben.
Datenbank und Ressourcen
Um die Erforschung der Protein -Superfamilie zu unterstützen, hat die wissenschaftliche Gemeinschaft mehrere Datenbanken wie PFAM, Prosites usw. festgelegt, die den Forschern helfen, die Struktur und Funktion von Proteinen besser zu verstehen.Darüber hinaus werden auch strukturelle Alignmentalgorithmen wie Dali verwendet, um nach Homologie von Proteinstrukturen zu suchen.
Letztendlich entsprechen die Vielfalt der Proteine und die Entwicklung ihrer katalytischen Fähigkeiten den Bedürfnissen von Organismen angesichts unterschiedlicher Umweltherausforderungen.Wenn sich unser Verständnis der Protein -Superfamilie in Zukunft vertieft, werden wir dann neue katalytische Mechanismen und Funktionen entdecken?
