La estructura cuaternaria de proteínas [a] es el número y la disposición de múltiples subunidades proteicas plegadas en un complejo de múltiples subunidades . Incluye organizaciones desde dímeros simples hasta grandes homooligómeros y complejos con números de subunidades definidos o variables. [1] También puede referirse a complejos biomoleculares de proteínas con ácidos nucleicos y otros cofactores .
Descripción y ejemplos
Muchas proteínas son en realidad conjuntos de múltiples cadenas polipeptídicas . La estructura cuaternaria se refiere al número y disposición de las subunidades de proteínas entre sí. [2] Ejemplos de proteínas con estructura cuaternaria incluyen hemoglobina , ADN polimerasa y canales iónicos .
Las enzimas compuestas por subunidades con diversas funciones a veces se denominan holoenzimas , en las que algunas partes pueden conocerse como subunidades reguladoras y el núcleo funcional se conoce como subunidad catalítica. Otros conjuntos denominados en cambio complejos multiproteicos también poseen estructura cuaternaria. Los ejemplos incluyen nucleosomas y microtúbulos . Los cambios en la estructura cuaternaria pueden ocurrir a través de cambios conformacionales dentro de las subunidades individuales o mediante la reorientación de las subunidades entre sí. Es a través de tales cambios, que son la base de la cooperatividad y el alosterismo en enzimas "multiméricas", que muchas proteínas se regulan y realizan su función fisiológica.
La definición anterior sigue un enfoque clásico de la bioquímica, establecido en momentos en que la distinción entre una proteína y una unidad proteica funcional era difícil de dilucidar. Más recientemente, la gente se refiere a la interacción proteína-proteína cuando habla de la estructura cuaternaria de las proteínas y considera todos los ensamblajes de proteínas como complejos proteicos .
Nomenclatura
El número de subunidades en un complejo oligomérico se describe usando nombres que terminan en -mer (en griego, "parte, subunidad"). Los nombres formales y grecolatinatos generalmente se usan para los primeros diez tipos y pueden usarse para hasta veinte subunidades, mientras que los complejos de orden superior generalmente se describen por el número de subunidades, seguido de -meric.
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- * No se conocen ejemplos
Aunque raras veces se observan complejos superiores a los octámeros para la mayoría de las proteínas, existen algunas excepciones importantes. Las cápsides virales suelen estar compuestas por múltiplos de 60 proteínas. También se encuentran varias máquinas moleculares en la célula, como el proteasoma (cuatro anillos heptaméricos = 28 subunidades), el complejo de transcripción y el espliceosoma . El ribosoma es probablemente la máquina molecular más grande y está compuesto por muchas moléculas de ARN y proteínas.
En algunos casos, las proteínas forman complejos que luego se ensamblan en complejos aún más grandes. En tales casos, se usa la nomenclatura, por ejemplo, "dímero de dímeros" o "trímero de dímeros", para sugerir que el complejo podría disociarse en subcomplejos más pequeños antes de disociarse en monómeros.
Determinación
La estructura cuaternaria de la proteína se puede determinar usando una variedad de técnicas experimentales que requieren una muestra de proteína en una variedad de condiciones experimentales. Los experimentos a menudo proporcionan una estimación de la masa de la proteína nativa y, junto con el conocimiento de las masas y / o la estequiometría de las subunidades, permiten predecir la estructura cuaternaria con una precisión determinada. No siempre es posible obtener una determinación precisa de la composición de la subunidad por diversas razones.
El número de subunidades en un complejo de proteínas a menudo se puede determinar midiendo el volumen molecular hidrodinámico o la masa del complejo intacto, lo que requiere condiciones de solución nativas. Para las proteínas plegadas , la masa se puede inferir de su volumen utilizando el volumen específico parcial de 0,73 ml / g. Sin embargo, las mediciones de volumen son menos seguras que las mediciones de masa, ya que las proteínas desplegadas parecen tener un volumen mucho mayor que las proteínas plegadas; se requieren experimentos adicionales para determinar si una proteína está desdoblada o ha formado un oligómero.
Complementación intragénica
Cuando múltiples copias de un polipéptido codificado por un gen forman un complejo cuaternario, esta estructura de proteína se denomina multímero. [3] Cuando un multímero se forma a partir de polipéptidos producidos por dos alelos mutantes diferentes de un gen particular, el multímero mixto puede exhibir una mayor actividad funcional que los multímeros sin mezclar formados por cada uno de los mutantes solo. En tal caso, el fenómeno se conoce como complementación intragénica (también llamada complementación interalélica). La complementación intragénica parece ser común y se ha estudiado en muchos genes diferentes en una variedad de organismos, incluidos los hongos Neurospora crassa , Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe ; la bacteria Salmonella typhimurium ; el virus bacteriófago T4 , [4] un virus ARN, [5] y los seres humanos. [6] Jehle discutió las fuerzas intermoleculares probablemente responsables del autorreconocimiento y la formación de multímeros. [7]
Predicción
Se desarrollaron algunos métodos bioinformáticos para predecir los atributos estructurales cuaternarios de las proteínas basándose en la información de su secuencia mediante el uso de varios modos de composición de pseudoaminoácidos . [8] [9] [10]
Medición de masa directa de complejos intactos
- ultracentrifugación analítica de sedimentación-equilibrio
- electrospray espectrometría de masas
- Inmunoensayo espectrométrico de masas MSIA
Medición directa del tamaño de complejos intactos
- dispersión de luz estática
- cromatografía de exclusión de tamaño (requiere calibración)
- Interferometría de polarización dual
Medición indirecta del tamaño de complejos intactos
- ultracentrifugación analítica de velocidad de sedimentación (mide la constante de difusión de traslación )
- dispersión dinámica de la luz (mide la constante de difusión traslacional )
- Resonancia magnética nuclear de proteína de gradiente pulsado (mide la constante de difusión traslacional )
- polarización de fluorescencia (mide la constante de difusión rotacional )
- relajación dieléctrica (mide la constante de difusión rotacional )
- Interferometría de polarización dual (mide el tamaño y la densidad del complejo)
Los métodos que miden la masa o el volumen en condiciones de despliegue (tales como espectrometría de masas MALDI-TOF y SDS-PAGE ) generalmente no son útiles, ya que las condiciones no nativas generalmente hacen que el complejo se disocie en monómeros. Sin embargo, a veces pueden ser aplicables; por ejemplo, el experimentador puede aplicar SDS-PAGE después de tratar primero el complejo intacto con reactivos de reticulación química .
Interacciones proteína-proteína
Las proteínas son capaces de formar complejos muy compactos. Por ejemplo, el inhibidor de la ribonucleasa se une a la ribonucleasa A con una constante de disociación de aproximadamente 20 fM . Otras proteínas han evolucionado para unirse específicamente a restos inusuales de otra proteína, por ejemplo, grupos biotina (avidina), tirosinas fosforiladas (dominios SH2) o segmentos ricos en prolina (dominios SH3). Las interacciones proteína-proteína se pueden diseñar para favorecer ciertos estados de oligomerización. [11]
Montaje
La interacción directa de dos proteínas nacientes que emergen de los ribosomas cercanos parece ser un mecanismo general para la formación de oligómeros. [12] Se identificaron cientos de oligómeros de proteínas que se ensamblan en células humanas mediante dicha interacción. [12] La forma de interacción más prevalente fue entre las regiones N-terminales de las proteínas que interactúan. La formación de dímeros parece poder ocurrir independientemente de las máquinas de ensamblaje dedicadas.
Ver también
- Biología estructural
- Estructura cuaternaria de ácido nucleico
- Complejo multiproteico
- Complejo biomolecular
Notas
- ^ Aquí cuaternario significa "estructura de cuarto nivel ", no "interacción de cuatro vías ". Etimológicamente cuartario es correcto: cuaternario se deriva de números distributivos latinos, y sigue binario y ternario ; mientras que el cuartario se deriva de los números ordinales latinosy sigue al secundario y al terciario . Sin embargo, el cuaternario es estándar en biología.
Referencias
- ^ Clarke, Jeremy M. Berg; John L. Tymoczko; Lubert Stryer. Contenido web de Neil D. (2002). "Sección 3.5 Estructura cuaternaria: las cadenas de polipéptidos pueden ensamblarse en estructuras de múltiples subunidades" . Bioquímica (5. ed., 4. ed. Impresa). Nueva York, NY [ua]: WH Freeman. ISBN 0-7167-3051-0.
- ^ Chou, Kuo-Chen; Cai, Yu-Dong (1 de noviembre de 2003). "Predicción de la estructura cuaternaria de proteínas por composición de pseudo aminoácidos". Proteínas: estructura, función y bioinformática . 53 (2): 282–289. doi : 10.1002 / prot.10500 . PMID 14517979 .
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- ^ Chou KC, Cai YD (noviembre de 2003). "Predicción de la estructura cuaternaria de proteínas por composición de pseudo aminoácidos". Las proteínas . 53 (2): 282–9. doi : 10.1002 / prot.10500 . PMID 14517979 .
- ^ Zhang SW, Chen W, Yang F, Pan Q (octubre de 2008). "Uso de la composición de pseudo aminoácidos de Chou para predecir la estructura cuaternaria de la proteína: un enfoque PseAAC segmentado por secuencia". Aminoácidos . 35 (3): 591–8. doi : 10.1007 / s00726-008-0086-x . PMID 18427713 .
- ^ Xiao, X .; Wang, P .; Chou, KC (2009). "Predicción del atributo estructural cuaternario de la proteína mediante la hibridación de la composición del dominio funcional y la composición de pseudoaminoácidos". Revista de Cristalografía Aplicada . 42 : 169-173. doi : 10.1107 / S0021889809002751 .
- ^ Ardejani, Maziar S .; Chok, Xiao Ling; Foo, Ce Jin; Orner, Brendan P. (2 de abril de 2013). "Cambio completo de la oligomerización de ferritina hacia el ensamblaje de nanocajas a través de interacciones proteína-proteína diseñadas". Comunicaciones químicas . 49 (34): 3528–3530. doi : 10.1039 / C3CC40886H . ISSN 1364-548X . PMID 23511498 .
- ^ a b Bertolini M, Fenzl K, Kats I, Wruck F, Tippmann F, Schmitt J, Auburger JJ, Tans S, Bukau B, Kramer G. Las interacciones entre proteínas nacientes traducidas por ribosomas adyacentes impulsan el ensamblaje de homómeros. Ciencias. 1 de enero de 2021; 371 (6524): 57-64. doi: 10.1126 / science.abc7151. PMID: 33384371
enlaces externos
- La base de datos de estructuras macromoleculares (MSD) del Instituto Europeo de Bioinformática (EBI): proporciona una lista de la estructura cuaternaria probable (PQS) para cada proteína del banco de datos de proteínas (PDB).
- Servidor PQS : PQS no se ha actualizado desde agosto de 2009
- PISA - El servidor de interfaces, superficies y ensamblajes de proteínas en el MSD .
- EPPIC - Clasificación evolutiva de la interfaz proteína-proteína: evaluación evolutiva de las interfaces en estructuras cristalinas
- Complejo 3D : clasificación estructural de complejos de proteínas
- Proteopedia - Página de inicio de Proteopedia La enciclopedia colaborativa en 3D de proteínas y otras moléculas.
- PDBWiki - Página de inicio de PDBWiki - un sitio web para la anotación comunitaria de estructuras de PDB.
- ProtCID - ProtCID: una base de datos de interfaces proteína-proteína similares en estructuras cristalinas de proteínas homólogas.