Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Предсказание функции белка по свойствам его поверхности
Свойства поверхности
Консервативность поверхности

Псевдослучайный процесс дивергентной эволюции означает, что большинство остатков в белках, имеющих консервативную функцию, будут консервативными, так как они существенны либо для структуры, либо для функционирования белка. Профиль консервативности остатков создается с помощью анализа множественного выравнивания последовательностей семейства белков, используя, например, метод Scorecons (Valdar 2002), и затем наносится на поверхность белка. Карта консервативности (не несущая физической или химической информации) позволяет идентифицировать консервативные области на поверхности белка. Такая карта может быть полезна при определении сайта связывания и активного центра для рассматриваемого семейства белков.

Обычно только малая часть поверхности белка вовлечена в его функционирование. Только несколько остатков являются ключевыми для катализа в активном центре. Даже для тех функций белка, которые задействуют большой участок поверхности, как, например, белок-белковые взаимодействия, только несколько остатков вносят значительный вклад в образование стабильного комплекса (см. Раздел 7.5.2). Эти “функциональные остатки” достаточно часто консервативны у эволюционно родственных белков, имеющих схожие функции. Таким образом, сравнение консервативных остатков на поверхности белка позволяет сделать вывод о его функциях. Интерпретация консервативности зачастую сложна, поскольку, если только белки не являются очевидными ортологами, может случиться такая мутация белка, которая полностью изменит его функцию, что приведет к смеси паралогов и ортологов в анализируемом семействе белков. Пока существуют только способы исключения паралогов из множественного выравнивания (O’Brienetal. 2005), поэтому надо быть осторожным при сравнении последовательностей с 30% идентичностью, так как в таких случаях только половина сайтов связывания предсказывается правильно (Devos and Valencia 2000). Однако высокое сходство последовательностей не обязательно подразумевает схожесть функций (Todd et al. 2002). Пример белков семейства TIM-бочонков (англ. triosephosphateisomerase (ТІМ) barrel) показывает, что одна и та же структура может сочетать в себе огромное разнообразие функций, о чем более подробно рассказано в Главе 6.

Другой проблемой является определение, какой из консервативных остатков наиболее функционально значим. Метод эволюционного следа (Lichtarge et al. 1996) использует филогенетическое дерево для аппроксимации эволюционного процесса, в результате получая набор последовательностей, обладающих некоторым сходством с исследуемой последовательностью. Иерархические ветви этого дерева представляют собой группы последовательностей с консервативными функциями, где наиболее близкие группы, находящиеся на концах ветвей, имеют наиболее близкие функции. Остатки, которые консервативны в одном и том же положении в последовательностях одной ветви, и в меньшей степени представленные в других ветвях, называются остатками “эволюционного следа”. Эти остатки являются определяющим признаком ветви и можно полагать, что они существенны для функционирования белков этой ветви. Сервер ConSurf (Pupko et al. 2002) использует модификацию базового метода эволюционных следов при окрашивании структуры белка, выделяя локализацию консервативных остатков на поверхности белка.