단백질 복합체

Protein complex
키네신은 분자생물학적 기계로 기능하는 단백질 복합체이다.나노스케일 상에서 단백질 도메인 역학을 사용합니다.

단백질 복합체 또는 다단백질 복합체는 2개 이상의 연관된 폴리펩타이드 사슬의 군이다.단백질 복합체는 다중 촉매 도메인이 단일 폴리펩타이드 [1]사슬에서 발견되는 다효소 복합체와 구별된다.

단백질 복합체는 4차 구조의 한 형태이다.단백질 복합체의 단백질은 비공유 단백질-단백질 상호작용에 의해 결합된다.이러한 복합체는 (대부분은 아니더라도) 많은 생물학적 과정의 초석이다.세포는 모듈러형 초분자 복합체로 구성되며, 각각 독립적으로 분리된 생물학적 [2]기능을 수행합니다.

근접성을 통해 효소 복합체와 기질 간의 결합 상호작용 속도와 선택성을 크게 향상시켜 세포 효율을 높일 수 있다.세포에 들어가 단백질을 분리하는 데 사용되는 많은 기술은 본질적으로 그러한 큰 복합체에 파괴적이며 복합체의 구성 요소를 결정하는 작업을 복잡하게 한다.

단백질 복합체의 예로는 분자 분해를 위한 프로테아솜과 대부분의 RNA 중합효소 등이 있다.안정적인 복합체에서는 단백질 사이의 큰 소수성 계면이 일반적으로 2500 평방 [3]Os보다 큰 표면적을 묻는다.

기능.

복합체 내 바실러스 아밀로리케파시엔스리보핵산가수분해효소 바르나아제(색)와 그 억제제(파란색)

단백질 복합체 형성은 하나 이상의 복합체를 활성화 또는 억제할 수 있으며, 이와 같이 단백질 복합체 형성은 인산화와 유사할 수 있다.개별 단백질은 다양한 단백질 복합체에 참여할 수 있다.단지마다 다른 기능을 수행하며, 같은 단지도 다양한 요인에 따라 여러 기능을 수행할 수 있다.다음과 같은 요인을 들 수 있습니다.

  • 셀 컴파트먼트 위치
  • 세포 주기 단계
  • 세포영양상태[citation needed]

많은 단백질 복합체가 잘 알려져 있으며, 특히 모델 유기체인 사카로미세스 세레비시아에(Saccharomyces cerevisiae)에서 잘 알려져 있다.이 비교적 단순한 유기체의 경우, 단백질 복합체에 대한 연구는 현재 게놈 전체에 걸쳐 진행 중이며 대부분의 단백질 복합체에 대한 해명이 [citation needed]진행 중이다.2021년, 연구원들은 딥 러닝 소프트웨어 Rose를 사용했습니다.TTAFold는 AlphaFold와 함께 712개의 진핵생물 복합체의 구조를 해결합니다.그들은 6000개의 효모 단백질을 2026개의 다른 균류와 4325개의 다른 진핵 [4]생물의 단백질과 비교했다.

단백질 복합체의 종류

의무성 단백질 복합체와 비의무성 단백질 복합체

만약 단백질이 생체 내에서 안정적이고 잘 접힌 구조를 형성할 수 있다면, 그러한 단백질에 의해 형성되는 복합체는 "비-불순물 단백질 복합체"라고 불린다.하지만, 일부 단백질은 안정적이고 잘 접힌 구조를 만드는 것 만으로는 찾을 수 없지만, 구성 단백질을 안정시키는 단백질 복합체의 일부로 발견할 수 있다.이러한 단백질 복합체를 "불량 단백질 복합체"[5]라고 합니다.

일시적 단백질 복합체 vs 영구적/안정적 단백질 복합체

일시적 단백질 복합체는 생체 내에서 일시적으로 형성 및 분해되는 반면, 영구 복합체는 상대적으로 긴 반감기를 가진다.일반적으로, 의무적 상호작용(의무 복합체에서의 단백질-단백질 상호작용)은 영구적인 반면, 비의무적 상호작용은 영구적이거나 [5]일시적인 것으로 밝혀졌다.의무적 상호작용과 비의무적 상호작용 사이에는 명확한 구별이 없으며, 오히려 pH, 단백질 농도 [6]등과 같은 다양한 조건에 따라 달라지는 연속체가 존재한다.그러나, 일시적인 상호작용과 영구적인/안정적인 상호작용의 특성 사이에는 중요한 차이점이 있다: 안정된 상호작용은 고도로 보존되지만 일시적인 상호작용은 훨씬 덜 보존된다, 안정된 상호작용의 양쪽에 있는 상호작용 단백질은 일시적인 상호작용의 그것들보다 더 많이 발현되는 경향이 있다.사실, 두 개의 일시적 상호작용 단백질 사이의 동시 전달 확률은 두 개의 무작위 단백질보다 높지 않으며, 일시적인 상호작용은 안정적인 [7]상호작용보다 훨씬 덜 동시 전달된다.비록, 선천적으로, 일시적인 상호작용은 세포 생물학에 매우 중요하다: 인간 인터랙션은 그러한 상호작용에서 풍부해지고, 이러한 상호작용은 유전자 조절과 신호 전달, 그리고 본질적으로 무질서한 영역을 가진 단백질 (IDR: 동적 상호 변환 스트링을 보여주는 단백질의 영역)의 지배적인 플레이어이다.자연 상태의 octures)는 일시적인 조절 [5]및 신호 상호작용에서 농축되는 것으로 확인되었다.

퍼지 콤플렉스

퍼지 단백질 복합체는 결합 상태에서 [8]둘 이상의 구조적 형태 또는 동적 구조적 장애를 가진다.이것은 단백질이 일시적 또는 영구적 복합체로 완전히 접히지 않을 수 있다는 것을 의미한다.이것에 의해, 특정의 복합체는 애매한 상호작용을 가질 수 있어 환경 신호에 따라서 변화한다.따라서 구조의 앙상블이 다르면 생물학적 [9]기능이 다르다(반대되는 경우도 있다).번역 후 수정, 단백질 상호작용 또는 대체 스플라이싱은 상호작용의 친화성 또는 특이성을 미세 조정하기 위해 퍼지 복합체의 입체구조 앙상블을 변조한다.이러한 메커니즘은 진핵생물 전사 [10]기계 내의 조절을 위해 종종 사용된다.

단백질 복합체의 필수 단백질

효모 복합체의 필수 단백질은 우연히 예상된 것보다 훨씬 덜 랜덤하게 발생한다.Ryan 등 2013년 이후[11] 수정

일부 초기[12] 연구는 필수성과 단백질 상호작용 정도("중심성-치사성" 규칙) 사이의 강한 상관관계를 제시했지만, 후속 분석 결과 이 상관관계가 이진 또는 과도적 상호작용(예: 효모 2-혼성)[13][14]에 약하다는 것을 보여주었다.단, 이 상관관계는 안정된 co-complex 상호작용 네트워크에서는 견고합니다.사실, 불균형한 수의 필수 유전자들이 단백질 [15]복합체에 속합니다.이것은 필수성이 개별 [15]구성요소가 아닌 분자 기계(즉, 복합체)의 특성이라는 결론으로 이어졌다.왕 외(2009)는 필수 유전자가 높은 공복소 상호작용 [16]정도를 가질 가능성이 높은 이유를 설명하면서 단백질 복합체가 클수록 필수적이라고 언급했다.라이언 외 연구진(2013)은 전체 복합체가 필수적으로 보인다는 관찰을 "모듈적 필수성"[11]으로 언급했다.또한 이러한 저자들은 복합체가 무작위 분포를 나타내기보다는 필수 또는 비필수 단백질로 구성되는 경향이 있음을 보여주었다(그림 참조).그러나 이는 전혀 또는 전혀 없는 현상이 아닙니다. 효모 복합체의 약 26%(105/401)만이 필수 소단위 또는 비필수 [11]소단위만으로 구성됩니다.

인간의 경우, 단백질 생성물이 같은 복합체에 속하는 유전자는 같은 질병 [17][18][19]표현형을 초래할 가능성이 더 높다.

호모분자단백질 및 헤테로분자단백질

다량체 단백질의 서브유닛은 호모몰리제릭(호모올리제릭) 단백질과 동일할 수도 있고, 헤테로몰리제릭 단백질과 다를 수도 있다.많은 수용성 단백질과 막 단백질은 세포 내에서 동질체 복합체를 형성하며, 단백질 데이터 뱅크에 있는 단백질의 대부분은 동질체이다.[20]호몰리고머는 많은 경로의 다양성과 특이성에 책임이 있으며, 유전자 발현, 효소의 활동, 이온 채널, 수용체, 세포 접착 과정을 중재하고 조절할 수 있습니다.

뉴런의 혈장막에 있는 전압 개폐 칼륨 채널은 알려진 40개의 알파 서브유닛 중 4개로 구성된 헤테로머 단백질입니다.서브유닛은 다량체 단백질 채널을 형성하기 위해 동일한 서브유닛이어야 한다.채널의 3차 구조는 이온이 소수성 플라즈마 막을 통해 흐를 수 있도록 합니다.코넥손은 6개의 동일한 코넥신으로 구성된 호모다중성 단백질의 한 예이다.커넥슨 클러스터는 전기적 시냅스를 통해 신호를 전달하는 두 개의 뉴런에서 갭 접합을 형성합니다.

유전자내보완

유전자에 의해 코드된 폴리펩타이드 복사가 복합체를 형성할 때, 이 단백질 구조는 멀티머라고 불린다.특정 유전자의 서로 다른 두 돌연변이 대립 유전자에 의해 생성된 폴리펩타이드로부터 멀티머가 형성될 때, 혼합 멀티머는 각각의 돌연변이만으로 형성되는 비혼합 멀티머보다 더 큰 기능 활성을 보일 수 있다.이러한 경우, 이 현상을 유전자 내 보완(allegic inter-alleic comparation이라고도 함)이라고 합니다.균류 Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae 및 Chrisocaomyces pombe, 살모넬라 티푸리움, 바이러스 박테리오파지 T4,[21] RNA[22] 바이러스 및 [23]인간을 포함한 다양한 유기체의 다양한 유전자에서 유전자 내 상보성이 입증되었습니다.이러한 연구에서, 유전자 유전자 지도를 형성하기 위해 종종 동일한 유전자에 결함이 있는 수많은 돌연변이를 분리하여 재조합 빈도에 기초하여 선형 순서로 매핑하였다.이와는 별도로 돌연변이를 쌍으로 조합하여 시험하여 상호보완성을 측정하였다.이러한 연구 결과를 분석한 결과, 일반적으로 서로 다른 결함이 있는 폴리펩타이드 단량체의 상호작용에서 발생하여 [24]멀티머를 형성한다는 결론을 도출했다.멀티머를 형성하는 폴리펩타이드를 코드하는 유전자는 일반적인 것으로 보인다.데이터에 대한 한 해석은 폴리펩타이드 단량체가 유전자 지도에서 가까운 부위에서 결함이 있는 돌연변이 폴리펩타이드 단량체가 기능이 떨어지는 혼합 멀티머를 형성하는 경향이 있는 반면, 먼 부위에서 결함이 있는 돌연변이 폴리펩타이드 단량체는 보다 효과적으로 기능하는 혼합 멀티머를 형성하는 경향이 있는 방식으로 종종 멀티머에 배열된다는 것이다.Jehle은 자기 인식과 멀티머 형성을 담당하는 분자간 힘에 대해 논의했다.[25]

구조 결정

단백질 복합체의 분자 구조는 X선 결정학, 단입자 분석 또는 핵자기 공명과 같은 실험 기술에 의해 결정될 수 있다.단백질-단백질 도킹이라는 이론적인 옵션도 점점 더 많이 이용 가능하게 되고 있습니다.Meomplex를[clarification needed] 식별하기 위해 일반적으로 사용되는 방법 중 하나는 면역 침강이다.최근 라이쿠와 동료들은 살아있는 세포에서 단백질 복합체의 4차 구조를 결정하는 방법을 개발했다.이 방법은 스펙트럼 분해능 2광자 현미경과 함께 픽셀 수준 Förster 공명 에너지 전달(FRET) 효율의 결정에 기초한다.복합체의 [26]기하학 및 화학측정학을 얻기 위해 여러 모델에 대해 FLET 효율의 분포를 시뮬레이션한다.

어셈블리

다단백질 복합체의 적절한 조립은 중요하다. 왜냐하면 조립이 잘못되면 치명적인 [27]결과를 초래할 수 있기 때문이다.경로 조립을 연구하기 위해 연구자들은 경로의 중간 단계를 살펴봅니다.이를 가능하게 하는 기술 중 하나는 서로 다른 중간 상태를 동시에 식별할 수 있는 일렉트로스프레이 질량 분석법이다.이로 인해 대부분의 복합체가 질서 있는 조립 [28]경로를 따른다는 사실이 밝혀졌습니다.무질서조립이 가능한 경우에는 무질서조립이 [29]집합으로 이어지기 때문에 무질서조립에서 무질서상태로 변화하면 복합체의 기능에서 기능장애로 전이된다.

단백질의 구조는 다단백질 복합체가 어떻게 조립되는지에 대한 역할을 한다.단백질 사이의 계면은 조립 [28]경로를 예측하는 데 사용될 수 있다.단백질의 내재적 유연성 또한 한 역할을 한다: 더 유연한 단백질은 상호작용에 [30]이용 가능한 더 큰 표면적을 허용한다.

조립은 분해와는 다른 과정이지만, 이 둘은 동질체와 이질체 복합체 모두에서 가역적입니다.따라서 전체 공정을 (분해) 어셈블리라고 할 수 있습니다.

다단백질 복합체 조립체의 진화적 의미

호모머 복합체에서, 호모머 단백질은 진화를 모방하는 방식으로 모인다.즉, 복합체의 진화 [31]역사에는 조립 과정의 매개체가 존재한다.반대의 현상은 원래의 [28]조립 경로를 보존하는 방식으로 유전자 융합이 일어나는 헤테로 분자 복합체에서 관찰된다.

「 」를 참조해 주세요.

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