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Le secret de la structure à la fonction: comment les protéines évoluent-elles en diverses capacités catalytiques uniques?
Dans les organismes, les protéines ne sont pas seulement les éléments de base de la vie, mais aussi le catalyseur de diverses réactions biochimiques.Avec l'avancement de la science et de la technologie, les chercheurs ont progressivement acquis une compréhension plus approfondie du processus évolutif des protéines et ont découvert les mystères de ses capacités catalytiques uniques.Quelle est la source de ces capacités liées à la structure des protéines?
La superfamille protéique est le plus grand cluster de protéines déduit sur la base des ancêtres communs.Ce concept est non seulement basé sur la similitude des séquences, mais aussi sur la structure et la similitude du mécanisme.
Méthodes pour identifier la superfamille des protéines
L'identification de la superfamille protéique se fait généralement en utilisant une variété de méthodes.La méthode la plus courante est de déduire l'homologie par la similitude des séquences.Bien que la similitude des séquences soit considérée comme un bon indicateur de la corrélation inférieure, ce n'est pas le seul moyen.
similitude de séquence
La similitude de la séquence est l'une des méthodes les plus anciennes et les plus couramment utilisées.Étant donné que les séquences d'acides aminés sont généralement plus conservatrices que les séquences d'ADN, les régions de séquence conservées sont dans de nombreux cas liées à la fonction, en particulier dans les sites catalytiques et de liaison.
Bien que la similitude des séquences puisse fournir des indices sur l'homologie, la similitude des séquences détectables peut ne plus être présentée entre les protéines sur l'évolution à long terme.
similitude structurelle
Par rapport aux séquences, les structures protéiques sont plus conservatrices pendant l'évolution.Même si la séquence d'acides aminés change de manière significative, les éléments structurels secondaires et les régions structurelles tertiaires de la protéine peuvent toujours être conservées.Grâce au programme d'alignement structurel, les scientifiques peuvent trouver des protéines avec des plis similaires, même si leurs séquences présentent des différences significatives.
similitude des mécanismes
Dans la même superfamille, le mécanisme catalytique des enzymes est généralement conservé.Bien que la spécificité du substrat puisse différer considérablement, l'ordre de structure et de séquence entre les résidus catalytiques montrera souvent une similitude.
Par exemple, bien que les résidus de triplet catalytiques de la famille PA aient évolué pour être divergents, leurs mécanismes catalytiques sont similaires.
L'importance de l'évolution
L'étude sur la superfamille protéique représente les limites de notre capacité à identifier les ancêtres communs.De nombreux membres de la superfamille apparaissent dans les royaumes de tous les êtres vivants, indiquant que leurs ancêtres communs existent dans le dernier ancêtre commun de toute vie (Luca).
Divergence et conservatisme structurel
La plupart des protéines ont plusieurs domaines, et selon des recherches, environ 66 à 80% des protéines eucaryotes et 40 à 60% des protéines procaryotes ont plusieurs domaines.Les combinaisons entre ces domaines suivent souvent un type structurel conservateur N-terminal à C-terminal.Cela implique que pendant l'évolution, il existe un nombre relativement limité de combinaisons de domaine naturelles, mais ces combinaisons peuvent remplir plusieurs fonctions.
Par exemple, les membres de la superfamille alpha / β hydrolase ont des feuilles alpha / β et sont associés à l'ordre des résidus des triplets catalytiques, qui effectuent une variété de réactions catalytiques différentes.
Exemples de superfamille protéique
Dans différentes superfamilles, il existe de nombreux exemples accrocheurs, tels que: la superfamille des immunoglobulines, dont la structure est semblable à un canapé, implique d'importants processus cognitifs et d'adhésion.Par exemple, les membres de la superfamille RAS partagent un domaine G catalytique commun, indiquant qu'ils ont des fonctions biologiques similaires.
Base de données et ressources
Afin de soutenir la recherche de la superfamille des protéines, la communauté scientifique a établi plusieurs bases de données, telles que PFAM, PROSITE, etc., ce qui aide les chercheurs à mieux comprendre la structure et la fonction des protéines.De plus, les algorithmes d'alignement structurel tels que DALI sont également utilisés pour rechercher l'homologie des structures protéiques.
En fin de compte, la diversité des protéines et l'évolution de leurs capacités catalytiques répondent aux besoins des organismes face à différents défis environnementaux.Ainsi, à mesure que notre compréhension de la superfamille protéique s'approfondit à l'avenir, découvrions-nous de nouveaux mécanismes et fonctions catalytiques?
