Kvaternarna struktura proteina

Biohemijski gledano, kvaternarna struktura proteina je raspored proteina sa uređenom tercijarnom strukturom u složenoj celini.^[1]^[2]

Opis i primeri

Većina proteina se sastoji od više polipeptidnih lanaca, što se u širem kontekstu označava kao proteinska podjedinica. Pored tercijarne strukture podjedinica, proteini koji se sastoje od više podjedinica poseduju kvaternarnu strukturu što podrazumeva prostorno uređenje podjedinica.^[3]^[4]^[5] Enzimi koji se sastoje od više podjedinica sa različitim funkcijama se ponekad nazivaju holoenzimi. U njima određene podjedinice mogu imati regulatornu ulogu, a funkcionalni unutrašnji deo se onda označava kao katalitička podjedinica. Primeri proteina sa kvaternarnom strukturom su hemoglobin, DNK polimeraza ili jonski kanali. Drugi agregati, multiproteinski kompleksi takođe poseduju kvaternarnu strukturu. Primeri multiproteinskih kompleksa su nukleozomi i mikrotubule. Promene u kvaternarnoj strukturi se mogu pojaviti tokom konformacionih promena u pojedinačnoj podjedinici ili tokom reorijentacije jedne podjedinice u odnosu na drugu. Mnogi proteini prolaze kroz ovakve promene koje se pokoravaju principima kooperativnosti i alosternosti u enzimima sa više podjedinica, da bi mogli da obavljaju svoju fiziološku funkciju.

Gorenavedena definicija pokorava se klasičnom pristupu u biohemiji koji je ustanovljen u vreme kada je bilo teško uočiti razliku između proteina i funkcionalne proteinske jedinice. U skorije vreme, kada se priča o kvaternarnoj strukturi proteina, misli se na protein-protein interakciju i svi se proteinski agregati označavaju kao proteinski kompleksi.

Nomenklatura kvaternarnih struktura

Broj podjedinica u oligomernim kompleksima opisuje se korišćenjem naziva koji se završava na –mer (grčki - deo, podjedinica). Formalni grčko-latinski nazivi se generalno koriste za prvih deset tipova i za strukture sa ne više od dvadeset podjedinica, gde se kompleksi višeg reda obično opisuju brojem podjedinica sa nastavkom –merik.

1 = monomer
2 = dimer
3 = trimer
4 = tetramer
5 = pentamer
6 = heksamer

7 = heptamer
8 = oktamer
9 = nonamer
10 = dekamer
11 = undekamer
12 = dodekamer

19 = nondekamer
20 = ikosamer
21-mer
22-mer
23-mer*
itd.

*Nisu poznati primeri

Iako kompleksi sa više od osam podjedinica se retko nalaze, ima nekih važnih izuzetaka. Omotači virusa su često sastavljeni od oko 60 proteinskih podjedinica. Nekoliko molekularnih mašina je takođe pronađeno u ćeliji, kao što je proteozom (četiri heptamerna prstena = 28 podjedinica), transkripcioni kompleks i splajsozom. Verovatno najveća molekularna mašina, ribozom je sastavljen od više molekula RNK i proteina. U nekim slučajevima, proteini grade komplekse koji mogu da se povezuju u još veće strukture. U takvim slučajevima, koristi se nomenklatura npr. „dimer dimera“ ili „trimer dimera“, da ukaže na to da kompleks može da disosuje na manje komplekse, pre disocijacije na monomere.

Određivanje kvaternarne strukture

Kvaternarna struktura proteina može biti određena korišćenjem različitih eksperimenatalnih tehnika koje zahtevaju da uzorak proteina bude izložen različitim eksperimentalnim uslovima. Eksperimenti često omogućavaju procenu mase nativnog proteina i/ili stehiometriju podjedinice, pa se kvaternarna struktura može predvideti sa datom tačnošću.

Broj podjedinica proteinskog kompleksa može se odrediti merenjem hidrodinamičke molekulske mase ili zapremine netretiranog kompleksa, što zahteva nativne uslove u rastvoru. Za uvijene proteine, masa može biti određena iz njihove zapremine korišćenjem specifične zapremine od 0,73 ml/g. Ipak, merenje zapremine je manje tačno od merenja mase, zato što neuvijeni proteini imaju mnogo veću zapreminu nego uvijeni; dodatni eksperimenti su zato potrebni da bi se utvrdilo da li je protein u svojoj razvijenoj formi ili je nagradio oligomer.

Metode za direktno merenje mase netretiranog kompleksa

Metode za direktno merenje veličine netretiranog kompleksa

Metode za indirektno merenje veličine netretiranog kompleksa

Analitičko ultracentrifugiranje metodom sedimentacione brzine (određuje se translacioni difuzioni koeficijent)
Dinamičko rasejanje svetlosti (određuje se translacioni difuzioni koeficijent)
Proteinska nuklearna magnetna rezonanca sa pulsnim gradijentom (određuje se translacioni difuzioni koeficijent)
Fluorescentna polarizacija (određuje se rotacioni difuzioni koeficijent)
Dielektrična relaksacija (određuje se rotacioni difuzioni koeficijent)

Metode koje mere masu ili zapreminu razvijenih proteina (MALDI-TOF masena spektroskopija ili SDS-PAGE) ovde nisu primenjive, pošto uslovi koji nisu nativni uzrokuju disocijaciju kompleksa na monomere. Ipak, ove metode mogu nekada biti i primenjive, na primer, SDS-PAGE može se primeniti nakon tretiranja nativnog kompleksa sa hemijskim reagensima koji omogućavaju unakrsno povezivanje.

Protein-protein interakcije

Proteini su sposobni da formiraju veoma jake komplekse. Na primer, inhibitor ribonukleaze^[6] vezuje se za ribonukleazu A^[7] i formira kompleks koji ima konstantu disocijacije od oko 20 M.^[8] Drugi proteini su evoluirali tako da se specifično vezuju za određene grupe drugog proteina, npr. Biotin grupe (avidin), fosforilisani tirozini (SH2 domeni) ili segmenti bogati prolinom (SH3 domeni).

Vidi još

Reference

^ David L. Nelson; Michael M. Cox (2005). Principles of Biochemistry (IV izd.). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
^ Donald Voet; Judith G. Voet (2005). „Chapter 8. Three-Dimensional structures of proteins”. Biochemistry (3 izd.). Wiley. ISBN 9780471193500.
^ „quartarius”.
^ „quaternarius – Charlton T. Lewis, Charles Short, A Latin Dictionary"”.
^ Bell, E. T. (1924). „Representations of Integers in Certain Binary, Ternary, Quaternary and Quinary Quadratic Forms and Allied Class Number Relations by E. T. Bell”. Annals of Mathematics. 26 (1/2): 155—164. JSTOR 1967752. doi:10.2307/1967752.
^ PDB: 2BNH; Kobe B, Deisenhofer J (1993). „Crystal structure of porcine ribonuclease inhibitor, a protein with leucine-rich repeats”. Nature. 366 (6457): 751—6. Bibcode:1993Natur.366..751K. PMID 8264799. S2CID 34579479. doi:10.1038/366751a0.
^ Wyckoff, HW; KD, Hardman; Allewell, NM; Inagami, T; Johnson, LN; Richards FM (1967). „The structure of ribonuclease-S at 3.5 Å resolution”. J. Biol. Chem. 242 (17): 3984—8. PMID 6037556. doi:10.1016/S0021-9258(18)95844-8  .
^ Neumann U, Hofsteenge J (1994). „Interaction of semisynthetic variants of RNase A with ribonuclease inhibitor”. Protein Sci. 3 (2): 248—56. PMC 2142790  . PMID 8003961. doi:10.1002/pro.5560030209.

Spoljašnje veze

Baza podataka makromolekularnih struktura (MSD) na Evropskom Bioinformatičkom Institutu (EBI) sadrži listu verovatnih kvaternarnih struktura za svaki protein u PDB.
PQS server
Server proteinskih interfejsa, površina i agregata (Pisa) na MSD.
3D kompleks Strukturan klasifikacija proteinskih kompleksa

[Lehninger-1] David L. Nelson; Michael M. Cox (2005). Principles of Biochemistry (IV izd.). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.

[VoetBiochemistry3rd-2] Donald Voet; Judith G. Voet (2005). „Chapter 8. Three-Dimensional structures of proteins”. Biochemistry (3 izd.). Wiley. ISBN 9780471193500.

[3] „quartarius”.

[4] „quaternarius – Charlton T. Lewis, Charles Short, A Latin Dictionary"”.

[5] Bell, E. T. (1924). „Representations of Integers in Certain Binary, Ternary, Quaternary and Quinary Quadratic Forms and Allied Class Number Relations by E. T. Bell”. Annals of Mathematics. 26 (1/2): 155—164. JSTOR 1967752. doi:10.2307/1967752.

[pmid8264799-6] PDB: 2BNH; Kobe B, Deisenhofer J (1993). „Crystal structure of porcine ribonuclease inhibitor, a protein with leucine-rich repeats”. Nature. 366 (6457): 751—6. Bibcode:1993Natur.366..751K. PMID 8264799. S2CID 34579479. doi:10.1038/366751a0.

[7] Wyckoff, HW; KD, Hardman; Allewell, NM; Inagami, T; Johnson, LN; Richards FM (1967). „The structure of ribonuclease-S at 3.5 Å resolution”. J. Biol. Chem. 242 (17): 3984—8. PMID 6037556. doi:10.1016/S0021-9258(18)95844-8  .

[8] Neumann U, Hofsteenge J (1994). „Interaction of semisynthetic variants of RNase A with ribonuclease inhibitor”. Protein Sci. 3 (2): 248—56. PMC 2142790  . PMID 8003961. doi:10.1002/pro.5560030209.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]