Дивергенція функцій: ортологи та паралоги

Родина хімотрипсин подібних серинових протеїназ включає близькоспоріднені ферменти з консервативною функцією та широко дивергентні гомологи, які виконують інші нові функції. Трипсин, травний фермент ссавців, каталізує гідроліз пептидних зв᾽язків поблизу позитивно заряджених амінокислотних залишків Arg чи Lys. Ферменти з подібною послідовністю, структурою, функціями та специфічністю існують у багатьох видів, включаючи людину, корову, антлантичного тунця і навіть Streptomyces griseus. Для трьох ферментів хребетних кожна пара послідовностей має ≥ 64 % ідентичності, а бактеріальний гомолог має ≥ 30 % спорідненості. Ці ферменти називаються ортологи – гомологічні білки у різних видах.

Еволюція створила також споріднені ферменти в одному виді з різною специфічністю. Хімотрипсин та панкреатична еластаза – інші травні ферменти, які розщеплюють пептидні зв᾽язки біля інших залишків: хімотрипсин розщеплює зв᾽язки біля великих гідрофобних залишків (Phe, Trp), а еластаза біля залишків невеликих розмірів (Ala). Інший гомолог – лейкоцитарна еластаза важлива для фагоцитозу та захисту організму проти інфекції. Такі гомологічні білки в одному виді називаються паралоги. Трипсин, хімотрипсин та панкреатична еластаза функціонують у травленні їжі. Інший набір паралогів опосередковує каскад зсідання крові. Хоча всі вони протеїнази, але механізми їх активації та контролю є різними у процесі травлення та зсідання крові, тобто відбулася дивергенція родини для виконання цих спеціалізованих функцій.

Деякі гомологи трипсину набули якісно нових функцій:

· гаптоглобін втратив протеолітичну активність та виконує функцію шаперона, перешкоджаючи небажаній агрегації білків. Гаптоглобін формує міцний комплекс з фрагментами гемоглобіну, які вивільняються з еритроцитів, забезпечуючи корисні ефекти, включаючи перешкоджання втраті заліза;

· серинові протеїнази риновірусів розвинули відмінну незалежну функцію, формуючи комплекс ініціації синтезу РНК, використовуючи залишки з протилежного боку від активного центру протеолізу в молекулі, сформувавши фактично новий активний центр;

· субодиниці, гомологічні до серинових протеїназ, виявляються у плазміноген-споріднених факторах росту, де виконують незрозумілу досі роль, яка проте не може полягати у протеолізі через втрачені залишки, які входять до активного центру;

· антифрізний глікопротеїн антарктичних риб гомологічний до трипсиногену;

· «імунний» білок комах сколексин є віддаленим гомологом серинових протеїназ та індукує коагуляцію гемолімфи у відповідь на інфекцію.

У родині хімотрипсину ми бачимо збереження структури з подібними функціями у близькоспоріднених білків та прогресуючу дивергенцію функцій у деяких, але не всіх, віддалених білків.

Це свідчить про те, що патерн фолдингу не завжди може точно вказувати на виконувану функцію білка, особливо у випадку віддалених гомологів. Для коректного передбачення функції необхідно концентруватися на активному сайті білкової молекули:

· Базан і Флетерік та незалежно від них Аргос, Камер, Ніклін і Уіммер встановили, що вірусна протеїназа 3С є гомологом хімотрипсину, незважаючи на факт, що серин у каталітичній тріаді замінений на цистеїн;

· Тейлор і Перл встановили віддалену гомологію між ретровірусними і аспартатними перотеїназами на основі встановлення консервативних залишків Asp, Thr, Gly.

Дата добавления: 2015-11-16