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O segredo de estrutura para função: como as proteínas evoluem para várias habilidades catalíticas únicas?
Nos organismos, as proteínas não são apenas os blocos básicos de construção da vida, mas também o catalisador para várias reações bioquímicas.Com o avanço da ciência e da tecnologia, os pesquisadores obtiveram gradualmente uma compreensão mais profunda do processo evolutivo das proteínas e descobriram os mistérios de suas capacidades catalíticas únicas.Qual é a fonte dessas habilidades relacionadas à estrutura das proteínas?
A superfamília da proteína é o maior agrupamento de proteínas inferido com base em ancestrais comuns.Esse conceito não se baseia apenas na similaridade da sequência, mas também na similaridade da estrutura e do mecanismo.
Métodos para identificar superfamília de proteínas
A identificação da superfamília de proteínas geralmente é feita usando uma variedade de métodos.O método mais comum é inferir a homologia por similaridade de sequência.Embora a similaridade das seqüências seja considerada um bom indicador de correlação inferindo, essa não é a única maneira.
similaridade de sequência
A similaridade da sequênciaé um dos métodos mais antigos e mais usados.Como as seqüências de aminoácidos são geralmente mais conservadoras que as seqüências de DNA, as regiões de sequência conservadas estão em muitos casos relacionadas à função, especialmente em locais catalíticos e de ligação.
Embora a similaridade da sequência possa fornecer pistas sobre homologia, a similaridade detectável de sequência pode não ser mais exibida entre proteínas ao longo da evolução a longo prazo.
similaridade estrutural
Comparado com sequências, as estruturas de proteínas são mais conservadoras durante a evolução.Mesmo que a sequência de aminoácidos mude significativamente, os elementos estruturais secundários e as regiões estruturais terciárias da proteína ainda podem ser retidas.Através do programa de alinhamento estrutural, os cientistas podem encontrar proteínas com dobras semelhantes, mesmo que suas seqüências mostrem diferenças significativas.
similaridade de mecanismos
Na mesma superfamília, o mecanismo catalítico das enzimas é geralmente retido.Embora a especificidade do substrato possa diferir significativamente, a estrutura e a ordem de sequência entre os resíduos catalíticos geralmente mostram similaridade.
Por exemplo, embora os resíduos de trigêmeos catalíticos na família PA evoluíram para serem divergentes, seus mecanismos catalíticos são semelhantes.
A importância da evolução
O estudo da superfamília de proteínas representa os limites de nossa capacidade de identificar ancestrais comuns.Muitos membros da superfamília aparecem nos reinos de todos os seres vivos, indicando que seus ancestrais comuns existem no último ancestral comum de toda a vida (Luca).
Diverência e conservadorismo estrutural
A maioria das proteínas possui vários domínios e, de acordo com a pesquisa, cerca de 66-80% das proteínas eucarióticas e 40-60% das proteínas procarióticas têm vários domínios.As combinações entre esses domínios geralmente seguem um tipo de estrutura estrutural N-terminal e terminal conservador.Isso implica que, durante a evolução, há um número relativamente limitado de combinações de domínio que ocorrem naturalmente, mas essas combinações podem executar várias funções.
Por exemplo, os membros da superfamília alfa/β hidrolase têm folhas alfa/β e estão associadas à ordem de resíduos dos trigêmeos catalíticos, que realizam uma variedade de diferentes reações catalíticas.
Exemplos de superfamília de proteína
Em diferentes superfamílias, existem muitos exemplos atraentes, como: a superfamília da imunoglobulina, cuja estrutura é semelhante ao sofá, envolve importantes processos cognitivos e de adesão.Por exemplo, os membros da superfamília do RAS compartilham um domínio g catalítico comum, indicando que eles têm funções biológicas semelhantes.
Banco de dados e recursos
Para apoiar a pesquisa da superfamília de proteínas, a comunidade científica estabeleceu vários bancos de dados, como PFAM, prosite etc., que ajudam os pesquisadores a entender melhor a estrutura e a função das proteínas.Além disso, algoritmos de alinhamento estrutural como Dali também são usados para procurar homologia de estruturas de proteínas.
Em última análise, a diversidade de proteínas e a evolução de suas capacidades catalíticas atendem às necessidades dos organismos diante de diferentes desafios ambientais.Então, à medida que nossa compreensão da superfamília de proteínas se aprofunda no futuro, descobriremos novos mecanismos e funções catalíticas?