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El secreto de la estructura a la función: ¿cómo evolucionan las proteínas en varias habilidades catalíticas únicas?
En los organismos, las proteínas no son solo los componentes básicos de la vida, sino también el catalizador de varias reacciones bioquímicas.Con el avance de la ciencia y la tecnología, los investigadores han obtenido gradualmente una comprensión más profunda del proceso evolutivo de proteínas y descubrieron los misterios de sus capacidades catalíticas únicas.¿Cuál es la fuente de estas habilidades relacionadas con la estructura de las proteínas?
La superfamilia de proteínas es el grupo de proteínas más grande inferido basado en antepasados comunes.Este concepto no solo se basa en la similitud de secuencia, sino también en la estructura y la similitud del mecanismo.
Métodos para identificar la superfamilia proteína
La identificación de la superfamilia de proteínas generalmente se realiza utilizando una variedad de métodos.El método más común es inferir homología por similitud de secuencia.Aunque la similitud de las secuencias se considera un buen indicador de la correlación inferir, esta no es la única forma.
Similitud de secuencia
La similitud de secuencia es uno de los métodos más antiguos y más utilizados.Dado que las secuencias de aminoácidos son generalmente más conservadoras que las secuencias de ADN, las regiones de secuencia conservadas están en muchos casos relacionadas con la función, especialmente en sitios catalíticos y de unión.
Si bien la similitud de secuencia puede proporcionar pistas sobre la homología, la similitud de secuencia detectable ya no se puede mostrar entre las proteínas a través de la evolución a largo plazo.
Similitud estructural
En comparación con las secuencias, las estructuras de proteínas son más conservadoras durante la evolución.Incluso si la secuencia de aminoácidos cambia significativamente, los elementos estructurales secundarios y las regiones estructurales terciarias de la proteína aún pueden retenirse.A través del programa de alineación estructural, los científicos pueden encontrar proteínas con pliegues similares, incluso si sus secuencias muestran diferencias significativas.
Similidad de los mecanismos
En la misma superfamilia, el mecanismo catalítico de las enzimas generalmente se conserva.Aunque la especificidad del sustrato puede diferir significativamente, la estructura y el orden de secuencia entre los residuos catalíticos a menudo mostrarán similitud.
Por ejemplo, aunque los residuos de triplete catalíticos en la familia PA han evolucionado para ser divergentes, sus mecanismos catalíticos son similares.
La importancia de la evolución
El estudio sobre la superfamilia de proteínas representa los límites de nuestra capacidad para identificar antepasados comunes.Muchos miembros de la superfamilia aparecen en los reinos de todos los seres vivos, lo que indica que sus antepasados comunes existen en el último antepasado común de toda la vida (Luca).
Diverencia y conservadurismo estructural
La mayoría de las proteínas tienen múltiples dominios, y según la investigación, aproximadamente el 66-80% de las proteínas eucariotas y el 40-60% de las proteínas procariotas tienen múltiples dominios.Las combinaciones entre estos dominios a menudo siguen un tipo conservador N-terminal a C-terminal.Esto implica que durante la evolución, hay un número relativamente limitado de combinaciones de dominio naturales, pero estas combinaciones pueden realizar múltiples funciones.
Por ejemplo, los miembros de la superfamilia de hidrolasa alfa/β tienen láminas alfa/β y están asociados con el orden de residuos de los trillizos catalíticos, que realizan una variedad de diferentes reacciones catalíticas.
Ejemplos de superfamilia de proteínas
En diferentes superfamilias, hay muchos ejemplos llamativos, como: la superfamilia de inmunoglobulina, cuya estructura es como sofá, implica importantes procesos cognitivos y de adhesión.Por ejemplo, los miembros de la superfamilia RAS comparten un dominio G catalítico común, lo que indica que tienen funciones biológicas similares.
base de datos y recursos
Para apoyar la investigación de la superfamilia de proteínas, la comunidad científica ha establecido múltiples bases de datos, como PFAM, PROSITE, etc., que ayudan a los investigadores a comprender mejor la estructura y la función de las proteínas.Además, los algoritmos de alineación estructural como Dali también se utilizan para buscar homología de las estructuras de proteínas.
En última instancia, la diversidad de proteínas y la evolución de sus capacidades catalíticas satisfacen las necesidades de los organismos frente a diferentes desafíos ambientales.Entonces, a medida que nuestra comprensión de la superfamilia de proteínas se profundice en el futuro, ¿descubriremos nuevos mecanismos y funciones catalíticas?
