Функции белков

Функции белков
Ферменты. Классификация
ферментов.
Три свойства белка. Как они связаны?
Последовательность
3D
структура
Функция
Всегда ли последовательность определяет структуру?
Последовательность
?
3D
структура
Исключения:
идентичные последовательности, но разные структуры
Подвижный домен
1tui (A ) и 1eft
Подвижная петля с
вариабельной структурой
(A и D цепи 1vr4)
Гарантирует ли значительное структурное сходство
идентичность последовательностей?
Последовательность
?
3D
структура
Пространственные структуры более консервативны,
чем последовательности.
Высокое сходство структур свидетельствует о гомологии
Гемоглобин свиньи и
миоглобин кита
Сходство структур
Внутри одного класса 3Dструктур можно найти белки с
seq. id 20%.
Сходство последовательностей
Исключения:
очень похожие структуры, но разные последовательности
DAPS – база данных структурно близких белков с
различающимися последовательностями
http://nihserver.mbi.ucla.edu/DAPS/
Всегда ли одинаковые структуры обеспечивают одну и
ту же функцию?
Последовательность
3D
структура
?
Функция
Дивергентная эволюция функции на базе одной
структуры
(пример из статьи Hegyi H, Gerstein M. J Mol Biol. 1999 Apr 23;288(1):147-64 )
Изменение положения
активного центра влияет на
функцию белка:
1 Оксидоредуктазы EC 1.*.*
3 Гидролазы EC 3.*.*
4 Лиазы EC 4.*.*
5 Изомеразы EC 5.*.*
Всегда ли одну функцию обслуживают одинаковые
структуры?
Последовательность
3D
структура
Функция
?
Конвергентная эволюция функции: аналогичные
ферменты
CAH5_MOUSE
CAH_METTE
• ЕС 4.2.1.1
• Карбангидразы
H2CO3 = CO2 + H2O
Конвергентная эволюция ферментов встречается часто
Последовательность
3D
структура
1,8 функции
на один тип
структуры (fold)
2,5 фолдов
на одну функцию
Функция
Насколько последовательность определяет функцию?
Сколько всего разных функций бывает?
Последовательность
3D
структура
?
Функция
От процента идентичности последовательностей зависит
сохранение структуры и функций
Последовательность
структуры
практически
одинаковы, если Id>20%
3D
структура
При Id>40% функция ферментов
сохраняется в 90% случаев
?
Функция
Пробуем выделить классы белков по функции
•
Молекулярные машины – рибосома, АТФ-синтетаза
•
Ферменты - РНК-зависимая РНК-полимераза
•
Регуляторные белки – регулируют биологические процессы, например,
активность ферментов – TetR
•
Хранение и транспорт (ионов, маленьких молекул) – гемоглобин
•
Транспорт через мембраны – TetA
•
Секреторные взаимодействие с другими клетками – инсулин
•
Структурные
•
Другие ……….
Классификация ферментов сделана лучше, чем
классификации всех белков
Организации:
IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry
(http://www.iupac.org/)
IUPAC-IUBMB: International Union of Biochemistry and Molecular Biology
(http://www.iubmb.unibe.ch/)
Классификация ферментов:
Enzyme Nomenclature
(http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/)
Классификация основана на “EC number” (например, EC 1.1.1.1)
Классифицируются не белки, а катализируемые ими реакции!
EC (Enzyme Commission) number определяет
иерархическую классификацию ферментов
Шесть основных классов ферментов
• ЕС 1 – оксидоредуктазы (oxidoreductases).
• ЕС 2 – трансферазы (transferases).
• ЕС 3 – гидролазы (hydrolases).
• ЕС 4 – лиазы (lyases).
• ЕС 5 – изомеразы (isomerases)
• ЕС 6 – лигазы (ligases).
Group
Reaction catalyzed
Typical reaction
EC 1
Oxidoreductases
To catalyze oxidation/reduction
reactions; transfer of H and O atoms
or electrons from one substance to
another
AH + B → A + BH (reduced)
A + O → AO (oxidized)
EC 2
Transferases
Transfer of a functional group from
one substance to another. The group
may be methyl-, acyl-, amino- or
phosphate group
AB + C → A + BC
EC 3
Hydrolases
Formation of two products from a
substrate by hydrolysiss
AB + H2O → AOH + BH
EC 4
Lyases
Non-hydrolytic addition or removal
of groups from substrates. C-C, C-N,
C-O or C-S bonds may be cleaved
RCOCOOH → RCOH + CO2
EC 5
Isomerases
Intramolecule rearrangement, i.e.
isomerization changes within a
single molecule
AB → BA
EC 6
Ligases
Join together two molecules by
synthesis of new C-O, C-S, C-N or
C-C bonds with simultaneous
breakdown of ATP
X + Y+ ATP → XY + ADP + Pi
Общепринятая иерархическая классификация
ферментативных реакций
EC 1 Oxidoreductases
EC 1.1 Аcting on the CH-OH group of donors
EC 1.1.1 With NAD or NADP as acceptor
EC 1.1.1.1 alcohol dehydrogenase
…
EC 1.1.1.3 homoserine dehydrogenase
EC 1.1.2 With a cytochrome as acceptor
EC 1.2 Acting on the aldehyde or oxo group of donors
EC 2 Transferases
EC 2.1 Transferring one-carbon groups
EC 2.1.1 Methyltransferases
EC 2.1.1.1 nicotinamide N-methyltransferase
EC 3
EC 4
EC 5
ЕC 6
Hydrolases
Lyases
Isomerases
Ligases
Фермент – это не белок, а свойство белка
CYSG_ECOLI
Зависимость EC от ID
• Id>40:
EC x.x.x.x – идентично во 90% случаев
• 21%<Id<30%:
EC x.x.x.x. – идентично в 60% случаев
EC x.x.y.z – совпадают класс и подкласс в 90%
случаев