Физиологическая роль цинка.
Подавляющее большинство MBP, обнаруженных среди предполагаемых человеческих цинксвязывающих белков, полученных с помощью структурно-ориентированного подхода к поиску, имеют четыре лиганда и составляют 83% всех образцов связывания цинка, обнаруженных в человеческом протеоме. MBP с тремя лигандами обнаружены в 13% извлеченных белков.
Распределение различных типов образцов, основанное на идентичности и положении вдоль последовательности лигандов, показано на рисунке 3.
Можно видеть, что почти все (97%) четырехлигандных MBP содержат по крайней мере один лиганд Cys, причем 40% MBP содержат четыре Cys, а 27% относятся к типу CCHH (упорядочены в соответствии с последовательностью), что соответствует MBP наиболее распространенных человеческих цинковых пальцев.
Примечательно, что даже если MBP могут иметь те же лиганды (например, два Cys и два His), часто существует сильное предпочтение для данного порядка в аминокислотной последовательности (например, шаблон CCHC встречается гораздо чаще, чем CHCC, или CCHH встречается гораздо чаще, чем CHCH, см. Рисунок 3).
В цинковых белках, где ион металла координируется тремя лигандами, наиболее распространенным типом MBP является HHH (31%). Этот шаблон содержится в нескольких цинк-зависимых ферментах, таких как карбоангидразы и матриксные металлопротеиназы.
Таким образом, шаблон типа HHH может быть связан с наиболее распространенным цинк-зависимым человеческим каталитическим сайтом.
Функциональная классификация цинк-связывающих белков человека может быть предпринята на основе имеющейся литературы, классификации GO и их доменного состава.
Более 40% предполагаемых цинковых белков можно классифицировать как транскрипционные факторы (состоящие в основном из цинковых пальцев) или цинковых пальцев без дополнительной функциональной информации (рисунок 4).
Этот результат соответствует сильному предпочтению тетракоординированных цинк-связывающих участков, где цинк чаще играет структурную, чем каталитическую роль.
Остальные 60% в основном состоят из ферментов, но включают также другие белки (например, участвующие в ионной Рисунок 3.
Распределение типов MBP, обнаруженных в предполагаемых человеческих цинковых белках.
Показаны только паттерны с четырьмя (вверху) или тремя (внизу) лигандами, которые в совокупности группируют около 96% белков (83% и 13% соответственно).
Типы паттернов различаются цинковыми лигандами и их порядком в последовательности белка (от N- до C-конца). транспорт).
Цинк-связывающие белки были идентифицированы для всех классов ферментов (рисунок 4).
Самый многочисленный класс — это класс гидролаз, который содержит пептидазы и фосфатазы.
В общем, оба используют активированную цинком молекулу воды для выполнения нуклеофильной атаки на субстрат.32
Второй по многучисленности класс ферментов — это класс трансфераз (рисунок 4), в основном состоящий из киназ, где цинк играет в основном структурную роль и не обязательно сохраняется.
Среди транспортных белков стоит упомянуть калиевые потенциалзависимые каналы.
В этих системах ионы цинка необходимы для сборки функционального тетрамерного канала.
Цинк тетраэдрически координируется 3 Cys и 1 His (MBP — это HX (5)CX(20)CX(0)C), в котором первый Cys фактически предоставляется мономером, а остальные три лиганда — другим мономером.В этом примере цинк играет интересную вариацию своей общей структурной роли, т. е. он отвечает за стабилизацию четвертичной структуры.
Сравнивая анализы, обобщенные на рисунках 3 и 4, обнаруживается, что некоторые MBP специфически связаны с функциональной ролью, тогда как другие MBP обнаруживаются в белках, принадлежащих к разным функциональным классам.
Например, общий шаблон CCHH вполне характерен для функционального класса факторов транскрипции.
Вместо этого другой очень распространенный MBP, шаблон CX(2)CX(10-24)CX(2)C, содержится в белках с очень разными функциями, такими как факторы транскрипции и ферменты с разной каталитической активностью, и вовлечен в структурный мотив, мотив скрипичного ключа,35 который присутствует в разных доменах Pfam.
С физиологической точки зрения можно предположить, что наблюдаемое распределение функций и паттернов связывания в значительной степени обусловлено острой потребностью человеческого организма в жесткой регуляции экспрессии генов в ответ на сложность самого организма.
Цинковые пальцы (а также другие домены цинксвязывающего белка) с их характерным CCHH MBP представляют собой весьма успешные и, следовательно, интенсивно используемые, гибкие модули, которые можно использовать для этой цели.