Complexo proteico

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
(Redirixido desde "Complexo encimático")
Saltar para a navegação Saltar para a pesquisa
A ribonuclease barnase de Bacillus amyloliquefaciens (coloreada) e o seu inhibidor barstar (azul) formando un complexo.

Un complexo proteico ou complexo multiproteico é un grupo de dúas ou máis cadeas polipeptídicas asociadas. As distintas cadeas polipeptídicas poden ter diferentes funcións. Cando as proteínas implicadas son encimas denomínase complexo encimático ou complexo multiencimático. Isto é diferente dun polipéptido multiencimático, o cal está formado por múltiples dominios proteicos catalíticos que forman parte dunha soa cadea polipeptídica.[1]

Os complexos proteicos constitúen unha forma de estrutura cuaternaria das proteínas. As proteínas dun complexo proteico están ligadas por interaccións proteína-proteína non covalentes, e diferentes complexos proteicos teñen distintos graos de estabilidade no tempo. Estes complexos son fundamentais en moitos (se non na maioría) dos procesos biolóxicos e en conxunto forman diversos tipos de maquinaria molecular que poden realizar un vasto conxunto de funcións biolóxicas. Cada vez máis os científicos consideran a célula como composta de complexos supramoleculares modulares, cada un dos cales realiza unha función biolóxica discreta independente.[2]

Grazas á proximidade dos encimas nun complexo, pode mellorarse enormente a velocidade e selectividade das interaccións de unión entre complexos encimáticos e substratos, o que fai que aumente a eficiencia no funcionamento celular. Desafortunadamente, moitas das técnicas utilizadas para romper e fraccionar as células e illar proteínas causan a destrución de moitos destes grandes complexos, o que fai máis difícil determinar os compoñentes dun complexo. Exemplos de complexos proteicos son o proteasoma utilizado para a degradación molecular e a maioría das ARN polimerases. Nos complexos estables, as interfaces hidrofóbicas amplas entre proteínas normalmente deixan tapadas áreas da superficie das proteínas maiores de 2 500 angstroms cadrados.[3]

Función[editar | editar a fonte]

A formación de complexos proteicos serve por veces para activar ou inhibir un ou máis dos membros do complexo e, deste modo, a formación de complexos proteicos pode ter efectos similares aos dunha fosforilación. Unha proteína pode participar na formación dunha variedade de complexos proteicos diferentes. Os diferentes complexos realizan diferentes funcións, e un mesmo complexo pode realiar funcións moi distintas que dependen de diversos factores. Algúns destes factores son:

  • o compartimento celular no que está presente o complexo
  • o estadio do ciclo celular no que o complexo está presente
  • o estado nutricional da célula
  • outros.

Coñécense moi ben moitos complexos proteicos, especialmente no organismo modelo Saccharomyces cerevisiae (unha especie de lévedo). Neste organismo relativamente simple, estase realizando ctualmente o estudo dos complexos proteicos en todo o xenoma e a dilucidación de máis complexos proteicos de lévedos.

Tipos de complexos proteicos[editar | editar a fonte]

Complexos proteicos obrigados e non obrigados[editar | editar a fonte]

Se unha proteína pode formar in vivo unha estrutura cristalina estable por si mesma (é dicir, sen estar asociada a outras proteínas), entón os complexos formados por esa proteína denomínanse "complexos proteicos non obrigados". Por outra parte, non se observou que certas proteínas poidan xerar unha estrutura cristalina por si soas, pero si poden atoparse formando parte dun complexo proteico que forma unha estrutura cristalina estable. Tales complexos proteicos denomínanse "complexos proteicos obrigados".[4]

Complexos proteicos transitorios e permanentes/estables[editar | editar a fonte]

Os complexos proteicos transitorios fórmanse e desfanse en pouco tempo in vivo, mentres que os complexos permanentes teñen unha vida media relativamente longa. Normalmente, as interaccións obrigadas (interaccións proteína-proteína nun complexo obrigado) son permanentes, mentres que as interaccións non obrigadas poden ser permanentes ou transitorias.[4] Nótese que non hai unha distinción clara entre as interaccións obrigadas e non obrigadas, senón que o que hai é un continuo entre elas, que depende de varias condicións, por exemplo o pH, concentración de proteínas etc.[5] Porén, hai importantes diferenzas nas propiedades das interaccións transitorias e as das permanetes/estables, xa que as estables están moi conservadas e as transitorias moito menos conservadas, e dúas proteínas que interaccionan nunha interacción estable teñen unha maior tendencia a ser coexpresadas que as que interveñen en interaccións transitorias (de feito, a probabilidade de coexpresión entre dúas proteínas que interaccionan transitoriamente non é maior que a de dúas proteínas calquera tomadas aleatoriamente), e as interaccións transitorias están moito menos colocalizadas que as interaccións estables.[6] Con todo, malia o seu carácter pouco duradeiro, as interaccións transitorias son moi importantes para a bioloxía celular: o interactoma humano enriquécese con esas interaccións, estas interaccións son os protagonistas dominantes da regulación xénica e a transdución de sinais, e as proteínas con rexións desordenadas intrinsecamente (IDR: rexións das proteínas que mostran estruturas interconvertibles dinámicas no estado nativo) son máis abondosas nas interaccións de sinalización e reguladoras transitorias.[4]

Complexo borroso[editar | editar a fonte]

Os complexos proteicos borrosos (fuzzy complexes) teñen máis dunha forma estrutural ou un desorde estrutural dinámico no estado unido.[7] Isto significa que as proteínas poden non pregarse completamente en complexos transitorios ou permenentes. En consecuencia, complexos específicos poden ter interaccións ambiguas, que varían de acordo cos sinais ambientais. Por tanto, as diferentes ensamblaxes das estruturas dan lugar a distintas (mesmo ás veces opostas) funcións biolóxicas.[8] As modificacións postraducionais, as interaccións entre proteínas ou o empalme alternativo modulan as ensamblaxes conformacionais destes complexos borrosos, para axustar finamente a afinidade ou especificidade das interaccións. Estes mecanismos son con frecuencia utilizados para a regulación como parte da maquinaria de transcrición eucariótica.[9]

Proteínas esenciais en complexos proteicos[editar | editar a fonte]

As proteínas esenciais en complexos proteicos de lévedos aparecen de forma moito menos aleatoria que a esperada estatisticamente. Modificado de Ryan et al. 2013[10]

Aínda que algúns estudos iniciais[11] parecían indicar que había unha forte correlación ente a esencialidade dunha proteína e o grao de interacción da proteína (a regra da “centralidade-letalidade”), as análises posteriores mostraron que esta correlación é feble para as interaccións binarias ou transitorias (por exemplo, nun sistema de dobre híbrido de lévedo).[12][13] Porén, a correlación é forte para redes de interaccións de cocomplexos estables. De feito, un número desproporcionado de xenes esenciais pertencen a complexos proteicos.[14] Isto fixo chegar á conclusión de que a esencialidade é máis ben unha propiedade das máquinas moleculares (é dicir, dos complexos) que dos compoñentes individuais.[14] Wang et al. (2009) atoparon que os complexos proteicos máis grandes teñen maior probabilidade de ser esenciais, o que explica por que é máis probable que os xenes esenciais teñan un grao de interacción de cocomplexos alto.[15] Ryan et al. (2013) utilizaron o termo "esencialidade modular" para referirse á observación de que complexos enteiros parecen ser esenciais.[10] Estes autores tamén indicaron que os complexos tenden a estar compostos tanto de proteínas esenciais coma non esenciais en vez de presentar unha distribución aleatoria das mesmas (ver Figura). Porén, este non é un fenómeno de todo ou nada: só un 26% (105/401) dos complexos de lévedo constaban só de subunidades esenciais ou só de subunidades non esenciais.[10]

Nos humanos os xenes que codifican produtos proteicos que pertencen ao mesmo complexo é máis probable que dean lugar ao mesmo fenotipo dunha enfermidade.[16][17][18]

Proteínas homomultiméricas e heteromultiméricas[editar | editar a fonte]

As subunidades dunha proteína multimérica poden ser idénticas ás dunha proteína homomultimérica (homooligomérica) ou diferentes ás dunha proteína heteromultimérica. Moitas proteínas de membrna e solubles forman complexos homomultiméricos na célua, e a maioría das proteínas de Protein Data Bank son homomultiméricas.[19] Os homooligómeros son responsables da diversidade e especificidade de moitas vías, e poden mediar e regular a expresión xénica, a actividade de encimas, canais iónicos, receptores, e procesos de adhesión celular.

Os canais de potasio regulados por voltaxe da membrana plasmática dunha neurona son proteínas heteromultiméricas compostas de catro subunidades alfa (de entre as corenta subunidades alfa coñecidas). As subunidades deben ser da mesma subfamilia para poder formar o canal proteico multimérico. A estrutura terciaria do canal permite que os ións flúan a través do interior hidrofóbico da membrana plasmática. Os conexóns son un exemplo de proteína heteromultimérica composta de seis conexinas idénticas. Unha agrupación de conexóns forma unha unión comunicante entre dúas neuronas que transmiten sinais por medio dunha sinapse eléctrica.

Determinación da estrutura[editar | editar a fonte]

A estrutura molecular dos complexos proteicos pode determinarse por técnicas experimentais como a cristalografía de raios X, análise de partículas simples ou resonancia magnética nuclear. Cada vez utilízase máis a opción teórica de atraque proteína–proteína. Un método que se utiliza comunmente para identificar os complexos é a inmunoprecipitación. Recentemente, Raicu e colegas desenvolveron un método para determinar a estrutura cuaternaria de complexos proteicos en células vivas. Este método está baseado na determinación da eficiencia da transferencia de enerxía de resonancia de Forster (FRET) a nivel de píxel conxuntamente co uso de microscopio de dous fotóns resolto espectralmente. A distribución das eficiencias de FRET simúlanse con respecto a diferentes modelos para obter a xeometría e estequiometría dos complexos.[20]

Ensamblaxe[editar | editar a fonte]

A correcta ensamblaxe de complexos multiproteicos é moi importante, xa que se é deficiente as consecuencias poden ser desastrosas.[21] Para estudar a secuencia de esamblaxe, os investigadores estudan os pasos intermedios da vía de esamblaxe. Unha técnica deste tipo é a espectrometría de masas electrospray, que pode identificar diferentes estados intermedios simultaneamente. Isto levou ao descubrimento de que moitos complexos seguen unha secuencia de ensamblaxe ordenada.[22] Nos casos nos que é posible unha ensamblaxe desordenada, o cambio dun estado ordenado a un desordenado leva o complexo á transición desde a función á disfunción, xa que a ensamblaxe desordenada orixina agregación.[23]

A estrutura das proteínas xoga un papel no modo en que se ensambla o complexo proteico. As interfaces entre as proteínas poden utilizarse para predicir as secuencias de ensamblaxe.[22] A flexibilidade intrínseca das proteínas tamén xoga un papel: as proteínas máis flexibles permiten que se poida dispoñer dunha maior área superficial para a interacción.[24]

Aínda que a ensamblaxe é un proceso diferente da desensamblaxe, as dúas son reversibles tanto nos complexos homoméricos coma heteroméricos. Deste xeito, o proceso global pode denominarse (des)ensamblaxe.

Importancia evolutiva da ensamblaxe de complexos multiproteicos[editar | editar a fonte]

En complexos homomultiméricos, as proteínas homoméricas ensámblanse de modo que imitan a evolución. É dicir, na historia evolutiva do complexo está presente un intermediario no proceso de ensamblaxe.[25] O fenómeno oposto obsérvase en complexos heteromultiméricos, onde a fusión de xenes ocorre de maneira que preserva a vía de ensamblaxe orixinal.[22]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Price NC, Stevens L (1999). Fundamentals of enzymology: The cell and molecular biology of catalytic protein. Oxford ; New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-850229-X. 
  2. Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW (December 1999). "From molecular to modular cell biology". Nature 402 (6761 Suppl): C47–52. PMID 10591225. doi:10.1038/35011540. 
  3. Pereira-Leal JB, Levy ED, Teichmann SA (March 2006). "The origins and evolution of functional modules: lessons from protein complexes". Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 361 (1467): 507–17. PMC 1609335. PMID 16524839. doi:10.1098/rstb.2005.1807. 
  4. 4,0 4,1 4,2 Amoutzias G, Van de Peer Y (2010). "Single-Gene and Whole-Genome Duplications and the Evolution of Protein–Protein Interaction Networks. Evolutionary genomics and systems biology": 413–429. doi:10.1002/9780470570418.ch19. 
  5. Nooren IM, Thornton JM (July 2003). "Diversity of protein-protein interactions". EMBO J. 22 (14): 3486–92. PMC 165629. PMID 12853464. doi:10.1093/emboj/cdg359. 
  6. Brown KR, Jurisica I (2007). "Unequal evolutionary conservation of human protein interactions in interologous networks". Genome Biol. 8 (5): R95. PMC 1929159. PMID 17535438. doi:10.1186/gb-2007-8-5-r95. 
  7. Tompa P, Fuxreiter M (January 2008). "Fuzzy complexes: polymorphism and structural disorder in protein-protein interactions". Trends Biochem. Sci. 33 (1): 2–8. PMID 18054235. doi:10.1016/j.tibs.2007.10.003. 
  8. Fuxreiter M (January 2012). "Fuzziness: linking regulation to protein dynamics". Mol Biosyst 8 (1): 168–77. PMID 21927770. doi:10.1039/c1mb05234a. 
  9. Fuxreiter M, Simon I, Bondos S (August 2011). "Dynamic protein-DNA recognition: beyond what can be seen". Trends Biochem. Sci. 36 (8): 415–23. PMID 21620710. doi:10.1016/j.tibs.2011.04.006. 
  10. 10,0 10,1 10,2 Ryan, C. J.; Krogan, N. J.; Cunningham, P; Cagney, G (2013). "All or nothing: Protein complexes flip essentiality between distantly related eukaryotes". Genome Biology and Evolution 5 (6): 1049–59. PMC 3698920. PMID 23661563. doi:10.1093/gbe/evt074. 
  11. Jeong, H; Mason, S. P.; Barabási, A. L.; Oltvai, Z. N. (2001). "Lethality and centrality in protein networks". Nature 411 (6833): 41–2. PMID 11333967. doi:10.1038/35075138. 
  12. Yu, H; Braun, P; Yildirim, M. A.; Lemmens, I; Venkatesan, K; Sahalie, J; Hirozane-Kishikawa, T; Gebreab, F; Li, N; Simonis, N; Hao, T; Rual, J. F.; Dricot, A; Vazquez, A; Murray, R. R.; Simon, C; Tardivo, L; Tam, S; Svrzikapa, N; Fan, C; De Smet, A. S.; Motyl, A; Hudson, M. E.; Park, J; Xin, X; Cusick, M. E.; Moore, T; Boone, C; Snyder, M; Roth, F. P. (2008). "High-quality binary protein interaction map of the yeast interactome network". Science 322 (5898): 104–10. PMC 2746753. PMID 18719252. doi:10.1126/science.1158684. 
  13. Zotenko, E; Mestre, J; O'Leary, D. P.; Przytycka, T. M. (2008). "Why do hubs in the yeast protein interaction network tend to be essential: Reexamining the connection between the network topology and essentiality". PLoS Computational Biology 4 (8): e1000140. PMC 2467474. PMID 18670624. doi:10.1371/journal.pcbi.1000140. 
  14. 14,0 14,1 Hart, G. T.; Lee, I; Marcotte, E. R. (2007). "A high-accuracy consensus map of yeast protein complexes reveals modular nature of gene essentiality". BMC Bioinformatics 8: 236. PMC 1940025. PMID 17605818. doi:10.1186/1471-2105-8-236. 
  15. Wang, H; Kakaradov, B; Collins, S. R.; Karotki, L; Fiedler, D; Shales, M; Shokat, K. M.; Walther, T. C.; Krogan, N. J.; Koller, D (2009). "A complex-based reconstruction of the Saccharomyces cerevisiae interactome". Molecular & Cellular Proteomics 8 (6): 1361–81. PMC 2690481. PMID 19176519. doi:10.1074/mcp.M800490-MCP200. 
  16. Fraser, H. B.; Plotkin, J. B. (2007). "Using protein complexes to predict phenotypic effects of gene mutation". Genome Biology 8 (11): R252. PMC 2258176. PMID 18042286. doi:10.1186/gb-2007-8-11-r252. 
  17. Lage, K; Karlberg, E. O.; Størling, Z. M.; Olason, P. I.; Pedersen, A. G.; Rigina, O; Hinsby, A. M.; Tümer, Z; Pociot, F; Tommerup, N; Moreau, Y; Brunak, S (2007). "A human phenome-interactome network of protein complexes implicated in genetic disorders". Nature Biotechnology 25 (3): 309–16. PMID 17344885. doi:10.1038/nbt1295. 
  18. Oti, M; Brunner, H. G. (2007). "The modular nature of genetic diseases". Clinical Genetics 71 (1): 1–11. PMID 17204041. doi:10.1111/j.1399-0004.2006.00708.x. 
  19. Hashimoto K, Nishi H, Bryant S, Panchenko AR (June 2011). "Caught in self-interaction: evolutionary and functional mechanisms of protein homooligomerization". Phys Biol 8 (3): 035007. PMC 3148176. PMID 21572178. doi:10.1088/1478-3975/8/3/035007. 
  20. Raicu V, Stoneman MR, Fung R, Melnichuk M, Jansma DB, Pisterzi LF, Rath S, Fox, M, Wells, JW, Saldin DK (2008). "Determination of supramolecular structure and spatial distribution of protein complexes in living cells.". Nature Photonics 3: 107–113. doi:10.1038/nphoton.2008.291. 
  21. Dobson, Christopher M (December 2003). "Protein folding and misfolding". Nature 426 (6968): 884–90. PMID 14685248. doi:10.1038/nature02261. 
  22. 22,0 22,1 22,2 Marsh JA, Hernández H, Hall Z, Ahnert SE, Perica T, Robinson CV, Teichmann SA (Apr 2013). "Protein complexes are under evolutionary selection to assemble via ordered pathways". Cell 153 (2): 461–470. PMID 23582331. doi:10.1016/j.cell.2013.02.044. 
  23. Sudha, Govindarajan; Nussinov, Ruth; Srinivasan, Narayanaswamy. "An overview of recent advances in structural bioinformatics of protein-protein interactions and a guide to their principles". Progress in biophysics and molecular biology 116 (2-3): 141–50. PMID 25077409. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2014.07.004. 
  24. Marsh, Joseph; Teichmann, Sarah A (May 2014). "Protein flexibility facilitates quaternary structure assembly and evolution". PLoS biology 12 (5). PMID 24866000. doi:10.1371/journal.pbio.1001870. 
  25. Levy, Emmanuel D; Boeri Erba, Elisabetta; Robinson, Carol V; Teichmann, Sarah A (July 2008). "Assembly reflects evolution of protein complexes". Nature 453 (7199): 1262–5. PMID 18563089. doi:10.1038/nature06942. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outro artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]