El pliegue de Rossmann es un pliegue terciario que se encuentra en las proteínas que se unen a nucleótidos , como los cofactores enzimáticos FAD , NAD + y NADP + . Este pliegue se compone de hebras beta alternas y segmentos de hélice alfa donde las hebras beta están unidas por hidrógeno entre sí formando una hoja beta extendida y las hélices alfa rodean ambas caras de la hoja para producir un sándwich de tres capas. El clásico pliegue de Rossmann contiene seis hebras beta, mientras que los pliegues tipo Rossmann, a veces denominados pliegues de Rossmannoid., contienen solo cinco hebras. El pliegue beta-alfa-beta (bab) inicial es el segmento más conservado del pliegue de Rossmann. [1] El motivo lleva el nombre de Michael Rossmann, quien notó por primera vez este motivo estructural en la enzima lactato deshidrogenasa en 1970 y luego observó que este era un motivo frecuente en las proteínas de unión a nucleótidos. [2]
Pliegue sándwich alfa / beta / alfa tipo Rossmann | |
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Identificadores | |
Símbolo | Rossmann-like_a / b / a_fold |
Clan pfam | CL0039 |
InterPro | IPR014729 |
Las proteínas del pliegue de Rossmann y Rossmannoid son extremadamente comunes. Constituyen el 20% de las proteínas con estructuras conocidas en el Protein Data Bank y se encuentran en más del 38% de las vías metabólicas de KEGG . [3] El pliegue es extremadamente versátil ya que puede acomodar una amplia gama de ligandos. Pueden funcionar como enzimas metabólicas, unión de ADN / ARN y proteínas reguladoras además del papel tradicional. [4]
Historia
El pliegue de Rossmann fue descrito por primera vez por el Dr. Michael Rossmann y colaboradores en 1974. [5] Fue el primero en deducir la estructura de la lactato deshidrogenasa y caracterizó el motivo estructural dentro de esta enzima que más tarde se llamaría pliegue de Rossmann. Posteriormente se encontró que la mayoría de las deshidrogenasas que utilizan NAD o NADP contienen este mismo motivo de pliegue de Rossmann conservado estructuralmente. [5] [6]
En 1989, Israel Hanukoglu del Weizmann Institute of Science descubrió que la secuencia de consenso para el sitio de unión de NADP + en algunas enzimas que utilizan NADP + difiere del motivo de unión de NAD + . [7] Este descubrimiento se utilizó para rediseñar las especificidades de coenzimas de las enzimas. [8]
Estructura
El pliegue de Rossmann se compone de seis hebras beta paralelas que forman una hoja beta extendida . Las primeras tres hebras están conectadas por hélices α que dan como resultado una estructura beta-alfa-beta-alfa-beta. Este patrón se duplica una vez para producir una repetición en tándem invertida que contiene seis hebras. En general, las hebras están dispuestas en el orden de 321456 (1 = N-terminal, 6 = C-terminal). [9] Cinco pliegues trenzados tipo Rossmann están dispuestos en el orden 32145. [10] La estructura terciaria general del pliegue se asemeja a un sándwich de tres capas en el que el relleno se compone de una hoja beta extendida y las dos rebanadas de pan se forman por las hélices alfa paralelas conectadas. [1]
Una de las características del pliegue de Rossmann es su especificidad de unión al cofactor . Mediante el análisis de cuatro enzimas de unión a NADH, se encontró que en las cuatro enzimas el cofactor de nucleótidos implicaba la misma conformación y orientación con respecto a la cadena polipeptídica. [1]
El pliegue puede contener hebras adicionales unidas por hélices o espirales cortas. [1] El segmento más conservado de los pliegues de Rossmann es el primer segmento beta-alfa-beta. Dado que este segmento está en contacto con la porción de ADP de dinucleótidos como FAD , NAD y NADP , también se denomina "pliegue beta-beta de unión a ADP".
Función
La función del pliegue de Rossmann en las enzimas es unirse a cofactores de nucleótidos. También contribuye a menudo a la unión del sustrato.
Las enzimas metabólicas normalmente tienen una función específica y, en el caso de la UDP-glucosa 6-deshidrogenasa , la función principal es catalizar la oxidación de UDP-glucosa en dos etapas, dependiente de NAD (+), en UDP-ácido glucurónico . [11] Los dominios N- y C-terminales de UgdG comparten características estructurales con antiguas ribonucleasas mitocondriales llamadas MAR. Las MAR están presentes en microorganismos eucariotas inferiores, tienen un pliegue de Rossmannoid y pertenecen a la superfamilia de las isocorismatasa. Esta observación refuerza que los motivos estructurales de Rossmann que se encuentran en las deshidrogenasas dependientes de NAD (+) pueden tener una función dual trabajando como un dominio de unión al cofactor de nucleótidos y como una ribonucleasa.
Evolución
Rossman y Rossmannoids
La relación evolutiva entre el pliegue de Rossmann y los pliegues similares a Rossmann no está clara. Estos pliegues se conocen como Rossmannoids. Se ha planteado la hipótesis de que todos estos pliegues, incluido un pliegue de Rossmann, se originaron a partir de un único pliegue ancestral común, que tenía capacidad de unión a nucleótidos, además de actividad catalítica no específica. [5]
Sin embargo, un análisis del PDB encuentra evidencia de evolución convergente [3] con 156 grupos H separados de homología demostrable, de los cuales se pueden encontrar 123 grupos X de homología probable. Los grupos se han integrado en ECOD . [4]
Grupo Rossman convencional
El análisis filogenético de la enzima adrenodoxina reductasa de unión a NADP reveló que desde procariotas, a través de metazoos y hasta primates, la diferencia del motivo de secuencia con la de la mayoría de los sitios de unión a FAD y NAD se conserva estrictamente. [12]
En muchos artículos y libros de texto, un pliegue de Rossmann se define como una serie repetida estricta de estructura βαβ. Sin embargo, un examen exhaustivo de los pliegues de Rossmann en muchos sitios de unión de NAD (P) y FAD reveló que solo la primera estructura βα se conserva estrictamente. En algunas enzimas, puede haber muchos bucles y varias hélices (es decir, no una sola hélice) entre las hebras beta que forman la hoja beta. [1] Estas enzimas tienen un origen común indicado por secuencias conservadas y características estructurales, según Hanukoglu. [12]
El resultado de Hanukoglu (2017) es corroborado por Medvedev et al. (2020), en forma de un "grupo H" de ECOD denominado " relacionado con Rossmann ". Incluso dentro de este grupo, ECOD describe una amplia gama de actividades no nucleotídicas. [4]
Referencias
- ↑ a b c d e Hanukoglu I (2015). "Proteopedia: Rossmann pliegue: un pliegue beta-alfa-beta en los sitios de unión de dinucleótidos" . Educación en Bioquímica y Biología Molecular . 43 (3): 206–9. doi : 10.1002 / bmb.20849 . PMID 25704928 .
- ^ Cox MM, Nelson DL (2013). Principios de bioquímica de Lehninger (6ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-3414-6.
- ^ a b Medvedev KE, Kinch LN, Schaeffer RD, Grishin NV (diciembre de 2019). "El análisis funcional de dominios similares a Rossmann revela la evolución convergente de la topología y las vías de reacción" . Biología Computacional PLoS . 15 (12): e1007569. doi : 10.1371 / journal.pcbi.1007569 . PMID 31869345 .
- ^ a b c Medvedev, Kirill E .; Kinch, Lisa N .; Dustin Schaeffer, R .; Pei, Jimin; Grishin, Nick V. (19 de febrero de 2021). "Una quinta parte del mundo de las proteínas: proteínas similares a Rossmann como una unidad estructural evolutivamente exitosa" . Revista de Biología Molecular . pag. 166788. doi : 10.1016 / j.jmb.2020.166788 .
Medvedev KE, et al. "Proyecto Rossmann-fold" . Laboratorio Grishin . UT Southwestern Medical Center. - ^ a b c Kessel A (2010). Introducción a las proteínas: estructura, función y movimiento . Florida: CRC Press. pag. 143. ISBN 978-1-4398-1071-2.
- ^ Rao ST, Rossmann MG (mayo de 1973). "Comparación de estructuras supersecundarias en proteínas". Revista de Biología Molecular . 76 (2): 241–56. doi : 10.1016 / 0022-2836 (73) 90388-4 . PMID 4737475 .
- ^ Hanukoglu I, Gutfinger T (marzo de 1989). "Secuencia de ADNc de adrenodoxina reductasa. Identificación de sitios de unión a NADP en oxidorreductasas" (PDF) . Revista europea de bioquímica . 180 (2): 479–84. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14671.x . PMID 2924777 .
- ^ Scrutton NS, Berry A, Perham RN (enero de 1990). "Rediseño de la especificidad de la coenzima de una deshidrogenasa por ingeniería de proteínas". Naturaleza . 343 (6253): 38–43. doi : 10.1038 / 343038a0 . PMID 2296288 .
- ^ "Dominios de plegado de Rossmann de unión a NAD (P)" . SCOP: Clasificación estructural de proteínas .
- ^ "Dominio de unión a nucleótidos" . SCOP: Clasificación estructural de proteínas .
- ^ Bhattacharyya M, Upadhyay R, Vishveshwara S (2012). "Firmas de interacción que estabilizan el pliegue de Rossmann de unión a NAD (P): un enfoque de red de estructura" . PLOS ONE . 7 (12): e51676. doi : 10.1371 / journal.pone.0051676 . PMC 3524241 . PMID 23284738 .
- ^ a b Hanukoglu I (2017). "Conservación de las interfaces enzima-coenzima en FAD y NADP que se une a la enzima ubicua de adrenodoxina reductasa-A". Revista de evolución molecular . 85 (5): 205–218. doi : 10.1007 / s00239-017-9821-9 . PMID 29177972 .
enlaces externos
- Página de la Proteopedia sobre los pliegues de Rossmann