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

Предсказание функции белка по свойствам его поверхности
Белок-белковый интерфейс
Свойства белок-белкового интерфейса

В период геномной эпохи был достигнут значительный прогресс в понимании количества генов в геноме и их экспрессии. Но продукты этих генов гораздо менее понятны, особенно если рассматривать их в целом. Существуют экспериментальные методы определения сетей белок-белковых взаимодействий, и целые разделы биоинформатики посвящены их анализу. Однако тема этого раздела ограничивается анализом и предсказанием отдельных интерфейсов белков, используя свойства их поверхностей. В частности, мы сосредоточимся на тех взаимодействиях, которые появляются в результате ассоциаций белков, стабильных в воде самих по себе. Такие взаимодействия, формирующие переходные комплексы, известны как необлигатные белок-белковые взаимодействия в противоположность облигатным взаимодействиям, характерным для белков, которые могут существовать только в олигомерном состоянии.

Исходя из наблюдений большого количества взаимодействий, мы можем выявить статистические закономерности, которые обычно определяют белок-белковый интерфейс. Стоит отметить, что для всех свойств, упомянутых здесь, будут приведены примеры комплексов, в которых свойства имеют значения параметров либо гораздо выше, либо гораздо ниже, чем средние. Интерфейс между двумя глобулярными белками чаще всего представляет собой плоский круглый участок поверхности белка, размер которого обычно прямо пропорционален размеру белков (Jones and Thornton 1996). Небольшие мономеры, например, супероксиддисмутаза, могут иметь площадь интерфейса всего 700 Ų, в то время как мономеры гораздо более крупной тетрамерной каталазы имеют площадь интерфейса 10 500 Ų (Janin et al. 1988). Среднее значение площади интерфейса одного мономера составляет 800 Ų, что составляет около 10% поверхности типичного глобулярного белка (Janin and Chothia 1990; Jones and Thornton 1995).

Обычно 55% поверхности интерфейса является неполярной, 25% полярной, а оставшиеся 20% поверхности относятся к заряженным атомам (Janin and Chothia 1990). В итоге средний интерфейс оказывается менее гидрофобным, чем внутренний объем белка, но более гидрофобным, чем оставшаяся поверхность белка. Кроме того, интерфейс, как правило, менее заряжен, чем остальная часть поверхности белка. Для образования стабильных комплексов взаимодействующие белки должны иметь соответствие между заглубленными полярными и заряженными группами интерфейса. Действительно, считается, что именно комплементарность между такими группами является причиной специфичности взаимодействий (Chothia and Janin 1975). Также высока комплементарность между группами, склонными к образованию водородных связей, причем на любом интерфейсе 80% таких групп одного из белков образуют связи с аналогичными группами другого белка (Xu et al. 1997). В среднем, белковый интерфейс будет иметь одну группу, образующую водородную связь, на 80 Ų заглубленной области поверхности (Lo Conte et al. 1999). Заряженные группы на интерфейсе одного белка, как правило, не будут взаимодействовать с группой противоположного заряда другого белка, но вместо этого они могут быть окружены его комплементарно полярными группами (Lo Conte et al. 1999).