Đối xứng cấu trúc và chức năng protein

Annual Reviews - Tập 29 Số 1 - Trang 105-153 - 2000
David S. Goodsell1, Arthur J. Olson1
1Department of Molecular Biology, Scripps Research Institute, La Jolla, California 92037

Tóm tắt

▪ Tóm tắt  Phần lớn các protein hòa tan và gắn màng trong những tế bào hiện đại là các phức hợp oligomer đối xứng với hai hoặc nhiều đơn vị con. Sự lựa chọn tiến hóa của các phức hợp oligomer đối xứng được thúc đẩy bởi các nhu cầu chức năng, di truyền và lý hóa. Các protein lớn được chọn cho các chức năng hình thái cụ thể, chẳng hạn như hình thành vòng, container và sợi, cũng như cho các chức năng hợp tác như điều hòa allosteric và gắn kết đa giá. Các protein lớn cũng ổn định hơn trước sự biến tính và có diện tích bề mặt tiếp xúc với dung môi giảm so với nhiều protein nhỏ lẻ. Các protein lớn được cấu trúc dưới dạng oligomer vì lý do kiểm soát lỗi trong tổng hợp, hiệu suất mã hóa và điều hòa quá trình lắp ghép. Các oligomer đối xứng được ưu tiên vì tính ổn định và khả năng kiểm soát quá trình lắp ghép hữu hạn. Một số chức năng giới hạn tính đối xứng, chẳng hạn như tương tác với DNA hoặc màng, và chuyển động theo hướng. Tính đối xứng bị phá vỡ hoặc được điều chỉnh trong nhiều hình thức: đối xứng gần đúng, trong đó các đơn vị con đồng nhất nhận các cấu hình giống nhưng khác nhau; đa hình, nơi các đơn vị con đồng nhất tạo thành các phức hợp khác nhau; đối xứng giả, nơi các phân tử khác nhau tạo thành các phức hợp gần như đối xứng; và sai lệch đối xứng, nơi các oligomer có đối xứng khác nhau tương tác dọc theo các trục đối xứng tương ứng của chúng. Sự bất đối xứng cũng được quan sát ở nhiều mức độ. Hầu hết các phức hợp cho thấy sự bất đối xứng cục bộ ở mức độ cấu hình chuỗi bên. Một số phức hợp có cơ chế phản hồi trong đó phức hợp không đối xứng, nhưng theo thời gian, tất cả các đơn vị con thực hiện chu trình qua cùng một tập hợp các cấu hình. Sự bất đối xứng toàn cầu chỉ hiếm khi được quan sát. Sự tiến hóa của các phức hợp oligomer có thể ủng hộ sự hình thành dimers hơn là các phức hợp có đối xứng chu kỳ cao hơn, thông qua một cơ chế của các cặp dư lượng tương tác được định vị sẵn. Tuy nhiên, đã có những ví dụ được tìm thấy cho tất cả các nhóm điểm tinh thể, cho thấy rằng nhu cầu chức năng có thể thúc đẩy sự tiến hóa của bất kỳ loại đối xứng nào.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1038/370621a0

10.1038/224491a0

10.1038/340609a0

10.1002/pro.5560041202

10.1006/jsbi.1997.3942

10.1006/jsbi.1998.4039

10.1016/S0065-3233(08)60143-6

10.1073/pnas.93.25.14243

10.1016/0005-2728(93)90063-L

10.1016/0022-2836(78)90285-1

Caspar DLD. 1966. Design and assembly of organized biological structure. Molecular Architecture in Cell Physiology, Symp. Soc. Gen. Physiol., pp. 191–207. New York: Prentice Hall

10.1101/SQB.1962.027.001.005

Chothia C, 1991, CIBA Found. Symp., 162, 36

10.1038/256705a0

Clegg JS, 1984, Am. J. Physiol., 246, R133

Cornish-Bowden AJ, 1971, J. Biol. Chem., 246, 3092, 10.1016/S0021-9258(18)62200-8

Crane HR, 1950, Sci. Monthly, 376

10.1038/177473a0

Crick FHC, Watson JD. 1957. Virus structure: general principles. CIBA Found. Symp. “The Nature of Viruses”, pp. 5–13. Boston: Little, Brown

10.1016/0019-2791(72)90097-3

10.1016/0968-0004(80)90146-2

10.1126/science.1549776

10.1016/0959-440X(91)90178-V

10.1016/0092-8674(82)90231-8

10.1126/science.283.5398.80

10.1073/pnas.93.25.14229

10.1016/0968-0004(91)90083-8

10.1016/0968-0004(93)90153-E

10.1021/bi00454a013

Greenbury CL, 1965, Immunology, 8, 420

10.1038/26694

10.1038/386463a0

10.1016/0022-2836(66)90149-5

Hargittai I, 1995, Symmetry through the Eyes of a Chemist.

10.1038/276368a0

10.1073/pnas.75.10.4779

10.1016/S0092-8674(00)80069-0

10.1016/0889-1605(85)90123-5

10.1016/0022-5193(77)90282-X

10.1080/00018737500101481

10.1038/nsb0394-176

10.1006/jmbi.1997.1068

10.1073/pnas.93.1.13

10.1006/jmbi.1996.0456

10.1016/0022-2836(79)90199-2

10.1111/j.1432-1033.1990.tb15568.x

10.1016/S0960-9822(95)00247-8

10.1126/science.155.3763.697

10.1016/B978-0-12-516301-9.50009-7

10.1146/annurev.bi.39.070170.000325

Klug A. 1968. Point groups and the design of aggregates. Nobel Symp. “Symmetry and Function of Biological Systems at the Macromolecular Level” 11th, Stockholm, pp. 425–36. Wiley & Sons, New York

10.1126/science.1377403

10.1016/0092-8674(92)90445-I

Koshland DE, 1976, Fed. Proc., 35, 2104

10.1021/bi00865a047

10.1016/0092-8674(94)90014-0

10.1146/annurev.ge.26.120192.000333

10.1126/science.270.5234.293

10.1016/0022-2836(88)90128-3

10.1016/S0969-2126(98)00044-6

Lewis MS, 1986, J. Biol. Chem., 261, 11571, 10.1016/S0021-9258(18)67281-3

10.1038/354278a0

Lipscomb WN, 1991, CHEMTRACTS-Biochem. Mol. Biol., 2, 1

10.1126/science.7725097

10.1002/bip.1970.360091002

10.1016/0968-0004(91)90039-X

10.1016/S0959-440X(96)80013-3

10.1016/S0969-2126(01)00207-6

10.1038/312237a0

10.1146/annurev.cb.04.110188.002523

Monod J. 1968. On symmetry and function in biological systems. Nobel Symp. Symmetry Funct. Biol. Syst. Macromol. Lev., 11th, Stockholm,pp. 15–27. New York: Wiley

10.1016/S0022-2836(65)80285-6

Moras D, 1975, J. Biol. Chem., 250, 9137, 10.1016/S0021-9258(19)40703-5

10.1016/S0022-2836(83)80314-3

Parker J, 1989, Microbiol. Rev., 53, 273, 10.1128/mr.53.3.273-298.1989

10.1039/df9531300170

10.1016/S0022-2836(77)80064-8

10.1038/32703

10.1017/S0033583500003826

Reed LJ, 1990, J. Biol. Chem., 265, 8971, 10.1016/S0021-9258(19)38795-2

10.1111/j.1432-1033.1985.tb09231.x

10.1016/0042-6822(84)90267-8

10.3109/10409237409105448

10.1126/science.3589666

10.1038/351371a0

10.1016/0968-0004(81)90003-7

10.1016/0968-0004(84)90221-4

Stossel TP, 1989, J. Biol. Chem., 264, 18261, 10.1016/S0021-9258(18)51454-X

10.1073/pnas.93.8.3330

10.1038/123871a0

10.1146/annurev.bi.56.070187.001445

10.1002/j.1460-2075.1996.tb00858.x

10.1139/m93-066

10.1146/annurev.bi.62.070193.002551

10.1073/pnas.93.25.14249

10.1002/pro.5560070117

10.1038/41944

10.1006/jmbi.1997.1149

10.1002/j.1460-2075.1994.tb06349.x

10.1006/jmbi.1995.0456

Protein Data Bank accession codes for structures used in the figures.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Annual Reviews

Tập 29 Số 1

105-153

Thông tin tác giả