Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эволюциялық байланысты ақуыздар тобы
Group of evolutionarily related proteins
Ақуыз отбасы – эволюциялық байланысты ақуыздар тобы. Көп жағдайда ақуыз отбасына сәйкес гендер отбасы да болады, онда әр ген 1:1 қатынасымен сәйкес ақуызды кодтайды. "Ақуыз отбасы" термині таксономияда қолданылатын отбасы ұғымымен шатастырылмауы керек. Бір отбасының ақуыздары ортақ ата-бабадан шыққан және әдетте ұқсас үш өлшемді құрылымға, функцияларға және маңызды тізбек ұқсастығына ие. Тізбек ұқсастығы (әдетте аминқышқылдары тізбегі) – гомологияның, яғни ортақ эволюциялық тектің ең көп таралған белгісінің бірі. Тізбектер арасындағы ұқсастықтың маңыздылығын бағалау үшін кейбір әдістер тізбектерді салыстыру тәсілдерін қолданады. Ортақ ата-бабасы жоқ ақуыздардың статистикалық мағынадағы тізбек ұқсастығын көрсетуі екіталай, сондықтан тізбектерді салыстыру ақуыз отбасының мүшелерін анықтау үшін тиімді құрал болып табылады. "Ақуыз отбасы" анықтамасының нақтылығы жетіспеуі зерттеушілердің әртүрлі сандарды көрсетуіне себеп болуы мүмкін.
A protein family is a group of evolutionarily related proteins. In many cases, a protein family has a corresponding gene family, in which each gene encodes a corresponding protein with a 1:1 relationship. The term "protein family" should not be confused with family as it is used in taxonomy. Proteins in a family descend from a common ancestor and typically have similar three dimensional structures, functions, and significant sequence similarity. Sequence similarity (usually amino acid sequence) is one of the most common indicators of homology, or common evolutionary ancestry. Some frameworks for evaluating the significance of similarity between sequences use sequence alignment methods. Proteins that do not share a common ancestor are unlikely to show statistically significant sequence similarity, making sequence alignment a powerful tool for identifying the members of protein families. although ambiguity in the definition of "protein family" leads different researchers to highly varying numbers.
Терминология және қолдану
Протеин отбасы термині кеңінен қолданылады және тек қана аз ғана реттілік ұқсастығы бар үлкен протеин топтарына, сондай-ақ реттілігі, функциясы және құрылымы дерлік бірдей протеиннің тар топтарына да қолданылуы мүмкін. Осы жағдайларды ажырату үшін иерархиялық терминология қолданылады. Классификацияның ең жоғары деңгейінде протеин суперотбасылары болады, олар көбінесе құрылымдық ұқсастығына негізделген, алыс туысқан протеиндерді топтастырады. Одан кейін протеин отбасылары келеді, олар маңызды реттілік ұқсастығы арқылы көрінетін ортақ эволюциялық тегі бар протеиндерді білдіреді. Отбасылар ішінде ұқсас немесе бірдей функциялары бар жақын туысқан протеиндерді көрсету үшін қосалқы отбасыларды анықтауға болады. Мысалы, PA кланы сияқты суперотбасы, оның ішіндегі C04 отбасына қарағанда реттілік сақталуы төмен.
The term protein family has broad usage and can be applied to large groups of proteins with barely detectable sequence similarity as well as narrow groups of proteins with near identical sequence, function, and structure. To distinguish between these cases, a hierarchical terminology is in use. At the highest level of classification are protein superfamilies, which group distantly related proteins, often based on their structural similarity. Next are protein families, which refer to proteins with a shared evolutionary origin exhibited by significant sequence similarity. Subfamilies can be defined within families to denote closely related proteins that have similar or identical functions. For example, a superfamily like the PA clan of proteases has less sequence conservation than the C04 family within it.
Белок домендері мен мотивтері
Ақуыз отбасылары алғаш рет құрылымдық тұрғыдан түсінілген көптеген ақуыздар – миоглобин, гемоглобин және цитохром c сияқты кішкентай, жалғыз доменді ақуыздар болған кезде анықталды. Содан бері көптеген ақуыздарда домендер деп аталатын бірнеше тәуелсіз құрылымдық және функционалдық бірліктер табылды. Эволюциялық араласудың нәтижесінде, ақуыздың әртүрлі домендері дербес дамыды. Бұл ақуыз домендерінің отбасыларына назар аударуға алып келді. Осы домендерді анықтау және каталогтау үшін бірнеше онлайн ресурстар жұмыс істейді. Ақуыздың әртүрлі аймақтарында әртүрлі функционалдық шектеулер болады. Мысалы, ферменттің белсенді орыны белгілі бір аминқышқыл қалдықтарының нақты бағытталуын қажет етеді. Ақуыз-ақуыз байланысу интерфейсі аминқышқыл қалдықтарының гидрофобтылығы немесе полярлығы бойынша шектеулері бар үлкен беткейден тұруы мүмкін. Ақуыздың функционалдық тұрғыдан шектелген аймақтары, беттік циклдар сияқты шектелмеген аймақтарға қарағанда баяу дамиды, нәтижесінде ақуыз отбасының тізбектерін салыстырғанда сақталған тізбек блоктары пайда болады (көптік тізбек сәйкестендіруді қараңыз). Бұл блоктар көбінесе мотивтер деп аталады, бірақ көптеген басқа да терминдер қолданылады (блоктар, қолтаңбалар, саусақ іздері және т.б.). Ақуыз мотивтерін анықтау және каталогтау үшін бірнеше онлайн ресурстар арналған.
Protein families were first recognised when most proteins that were structurally understood were small, single domain proteins such as myoglobin, hemoglobin, and cytochrome c. Since then, many proteins have been found with multiple independent structural and functional units called domains. Due to evolutionary shuffling, different domains in a protein have evolved independently. This has led to a focus on families of protein domains. Several online resources are devoted to identifying and cataloging these domains. Different regions of a protein have differing functional constraints. For example, the active site of an enzyme requires certain amino acid residues to be precisely oriented. A protein–protein binding interface may consist of a large surface with constraints on the hydrophobicity or polarity of the amino acid residues. Functionally constrained regions of proteins evolve more slowly than unconstrained regions such as surface loops, giving rise to blocks of conserved sequence when the sequences of a protein family are compared (see multiple sequence alignment). These blocks are most commonly referred to as motifs, although many other terms are used (blocks, signatures, fingerprints, etc.). Several online resources are devoted to identifying and cataloging protein motifs.
Белоктар отбасыларының эволюциясы
Қазіргі консенсус бойынша, ақуыздық отбасылар екі жолмен пайда болады. Біріншіден, ата-ана түрінің екі генетикалық оқшауланған ұрпақ түріне бөлінуі генге/белокқа осы екі жекелеген эволюциялық тарамдарда тәуелсіз түрде өзгерістер (мутациялар) жинақтауға мүмкіндік береді. Бұл әдетте сақталған тізбек мотивтерімен сипатталатын ортологты ақуыздар отбасының пайда болуына әкеледі. Екіншіден, геннің дупликациялануы геннің екінші көшірмесін (паралог деп аталады) құруы мүмкін. Алғашқы ген өзінің функциясын орындауға қабілетті болғандықтан, дупликацияланған ген өзгеріске ұшырап, жаңа функцияларды (көптеген мутациялар арқылы) игеруі мүмкін. Кейбір гендер/ақуыздар отбасылары, әсіресе эукариоттарда, эволюция барысында өте кеңейіп немесе қысқаруы мүмкін, кейде бүкіл геномның дупликациялануымен бірге. Ішкі тәртіпсіз ақуыздар және олардың гидрофобты аминқышқылдары бастапқы тізбек бойындағы оптималды таралу деңгейінен алшақ жатқан ақуыз домендері үшін кеңеюге қарағанда жоғалу ықтималдығы жоғары. Ақуыздық отбасылардың осы кеңеюі мен қысқаруы геном эволюциясының маңызды ерекшеліктерінің бірі болып табылады, бірақ оның маңыздылығы мен салдары әлі толыққанды анықталған жоқ.
According to current consensus, protein families arise in two ways. First, the separation of a parent species into two genetically isolated descendant species allows a gene/protein to independently accumulate variations (mutations) in these two lineages. This results in a family of orthologous proteins, usually with conserved sequence motifs. Second, a gene duplication may create a second copy of a gene (termed a paralog). Because the original gene is still able to perform its function, the duplicated gene is free to diverge and may acquire new functions (by random mutation). Certain gene/protein families, especially in eukaryotes, undergo extreme expansions and contractions in the course of evolution, sometimes in concert with whole genome duplications. Expansions are less likely, and losses more likely, for intrinsically disordered proteins and for protein domains whose hydrophobic amino acids are further from the optimal degree of dispersion along the primary sequence. This expansion and contraction of protein families is one of the salient features of genome evolution, but its importance and ramifications are currently unclear.
Белоктар отбасыларының қолданылуы мен маңызы
Реттеліп алынған ақуыздардың саны артып, протеом талдауына қызығушылық күшейгеніне байланысты, ақуыздарды отбасыларға жіктеу және олардың құрамдас домендері мен мотивтерін сипаттау жұмыстары жүргізілуде. Ақуыз отбасыларын сенімді анықтау филогенетикалық талдау, функционалдық белгілеу және белгілі бір филогенетикалық тармақтағы ақуыз функциясының әртүрлілігін зерттеу үшін маңызды. Фермент функциялары бастамасы белгісіз функциялы ферменттердің кең ауқымды функционалдық тағайындалуы үшін тізбек/құрылымға негізделген стратегияны әзірлеу үшін ақуыз отбасылары мен суперотбасыларын пайдаланады. Ірі масштабта ақуыз отбасыларын құруға арналған алгоритмдік тәсілдер ұқсастық тұжырымына негізделген.
As the total number of sequenced proteins increases and interest expands in proteome analysis, an effort is ongoing to organize proteins into families and to describe their component domains and motifs. Reliable identification of protein families is critical to phylogenetic analysis, functional annotation, and the exploration of the diversity of protein function in a given phylogenetic branch. The Enzyme Function Initiative uses protein families and superfamilies as the basis for development of a sequence/structure based strategy for large scale functional assignment of enzymes of unknown function. The algorithmic means for establishing protein families on a large scale are based on a notion of similarity.