Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Россманн қатқыры – нуклеотидтерді байланыстыратын ақуыздарда кездесетін үшіншілік қатқыры, мысалы, фермент кофакторлары FAD, NAD+ және NADP+. Бұл қатқыры алма-кезек бета жіптер мен альфа спиральді сегменттерден тұрады, онда бета жіптер сутек байланысы арқылы бірігіп, кеңейтілген бета табақ құрайды, ал альфа спиральдер табақтың екі жағын қоршап, үш қабатты сэндвич құрайды. Классикалық Россманн қатқырында алты бета тізбесі болады, ал Россманнға ұқсас қатқыры, кейде Россманноидты қатқыры деп аталады, тек бес тізбесі бар. Бастапқы бета-альфа-бета (bab) қатқыры – Россманн қатқырының ең сақталған сегменті. Мотивтің аты Майкл Россманнның есімімен байланыстырылған, ол 1970 жылы лактат дегидрогеназа ферментінде бұл құрылымдық мотивті алғаш рет байқады және кейін бұл нуклеотидтерді байланыстыратын ақуыздарда жиі кездесетін мотив екенін анықтады. Россманн және Россманноидты қатқыры бар ақуыздар өте көп. Олар Ақуыз деректер банкіндегі белгілі құрылымды ақуыздардың 20%-ын құрайды және KEGG метаболикалық жолдарының 38%-дан астамында кездеседі. 1989 жылы Вайцман ғылым институтының Исраэль Ханукоглу NADP+ байланыстыратын кейбір ферменттердегі NADP+ байланыстыру орнының консенсустық тізбегі NAD+ байланыстыру мотивінен өзгеше екенін анықтады. Бұл жаңалық ферменттердің коэнзимдік ерекшеліктерін қайта жасау үшін пайдаланылды.
The Rossmann fold is a tertiary fold found in proteins that bind nucleotides, such as enzyme cofactors FAD, NAD+, and NADP+. This fold is composed of alternating beta strands and alpha helical segments where the beta strands are hydrogen bonded to each other forming an extended beta sheet and the alpha helices surround both faces of the sheet to produce a three layered sandwich. The classical Rossmann fold contains six beta strands whereas Rossmann like folds, sometimes referred to as Rossmannoid folds, contain only five strands. The initial beta alpha beta (bab) fold is the most conserved segment of the Rossmann fold. The motif is named after Michael Rossmann who first noticed this structural motif in the enzyme lactate dehydrogenase in 1970 and who later observed that this was a frequently occurring motif in nucleotide binding proteins. Rossmann and Rossmannoid fold proteins are extremely common. They make up 20% of proteins with known structures in the Protein Data Bank, and are found in more than 38% of KEGG metabolic pathways. In 1989, Israel Hanukoglu from the Weizmann Institute of Science discovered that the consensus sequence for NADP+ binding site in some enzymes that utilize NADP+ differs from the NAD+ binding motif. This discovery was used to re engineer coenzyme specificities of enzymes.
Құрылымы
Россманн қатпарлары алты параллель бета-жіпшенің құрамынан тұрады, олар кеңейтілген бета-парақ құрайды. Алғашқы үш жіпше α-спиральдармен байланысқан, нәтижесінде бета-альфа-бета-альфа-бета құрылымы пайда болады. Бұл үлгі бір рет көшіріліп, алты жіпшені қамтитын инверттік тандемді қайталану тудырады. Жалпы, жіпшелер 321456 ретімен орналасады (1 = N-терминалы, 6 = C-терминалы). Бес жіпшені қамтитын Россманнға ұқсас қатпарлар 32145 ретімен орналасады. Қатпардың жалпы үшіншілік құрылымы үш қабатты сэндвичке ұқсайды, онда толтыру кеңейтілген бета-парақтан тұрады, ал екі «нандық» бөлігі параллель альфа-спиральдардың байланысуы арқылы қалыптасады. Бұл сегмент FAD, NAD және NADP сияқты динуклеотидтердің ADP бөлігімен байланыста болғандықтан, «ADP байланыстыратын бета-бета қатпары» деп те аталады.
The Rossmann fold is composed of six parallel beta strands that form an extended beta sheet. The first three strands are connected by α helices resulting in a beta alpha beta alpha beta structure. This pattern is duplicated once to produce an inverted tandem repeat containing six strands. Overall, the strands are arranged in the order of 321456 (1 = N terminal, 6 = C terminal). Five stranded Rossmann like folds are arranged in the order 32145. The overall tertiary structure of the fold resembles a three layered sandwich wherein the filling is composed of an extended beta sheet and the two slices of bread are formed by the connecting parallel alpha helices. Since this segment is in contact with the ADP portion of dinucleotides such as FAD, NAD and NADP it is also called as an "ADP binding beta beta fold.
Функция
Ферменттердегі Россманн қатпарларының функциясы – нуклеотидтік кофакторларды байланыстыру. Ол сондай-ақ көбінесе субстратты байланыстыруға да көмектеседі. Метаболизм ферменттері әдетте бір ғана нақты функцияға ие, ал UDP глюкоза-6 дегидрогеназа жағдайында негізгі функциясы – UDP глюкозаның екі қадамдық NAD⁺ тәуелді тотығуын UDP глюкуроникалық қышқылына катализдеу. UgdG-нің N және C терминалды домендері MAR деп аталатын ежелгі митохондриялық рибонуклеазалармен құрылымдық ерекшеліктерін бөліседі. MAR төменгі эукариоттық микроорганизмдерде кездеседі, Россманноидтық қатпарға ие және изохоризматазалар суперотбасына жатады. Бұл байқау NAD⁺ тәуелді дегидрогеназдарында кездесетін Россманн құрылымдық мотивтері нуклеотидтік кофакторды байланыстыру домені және рибонуклеаза ретінде жұмыс істейтін екі функцияға ие болуы мүмкін екенін көрсетеді.
The function of the Rossmann fold in enzymes is to bind nucleotide cofactors. It also often contributes to substrate binding. Metabolic enzymes normally have one specific function, and in the case of UDP glucose 6 dehydrogenase, the primary function is to catalyze the two step NAD(+) dependent oxidation of UDP glucose into UDP glucuronic acid. The N and C terminal domains of UgdG share structural features with ancient mitochondrial ribonucleases named MAR. MARs are present in lower eukaryotic microorganisms, have a Rossmannoid fold and belong to the isochorismatase superfamily. This observation reinforces that the Rossmann structural motifs found in NAD(+) dependent dehydrogenases can have a dual function working as a nucleotide cofactor binding domain and as a ribonuclease.
Россман және Россманноидтар
Россман бүктелісі мен Россманға ұқсас бүктелістердің эволюциялық байланысы белгісіз. Бұл бүктелістер Россманноидтар деп аталады. Барлық осы бүктелістер, Россман бүктелісін қоса, нуклеотидтерді байланыстыру қабілетімен қатар, бейтарап каталитикалық белсенділікке ие болған, жалғыз ортақ ата-бабалық бүктелістен пайда болды деген гипотеза бар. 156 жеке H тобы, олардың ішінде 123 X тобы анықталды, олардың гомологиясы дәлелденді. Бұл топтар ECOD-ке енгізілді.
The evolutionary relationship between the Rossmann fold and Rossmann like folds is unclear. These folds are referred to as Rossmannoids. It has been hypothesized that all these folds, including a Rossmann fold originated from a single common ancestral fold, that had nucleotide binding capabilities, in addition to non specific catalytic activity. with 156 separate H groups of demonstrable homology, from which 123 X groups of probable homology can be found. The groups have been integrated into ECOD.
Дәстүрлі Россман тобы
NADP байланыстыратын фермент адренадоксин редуктазаның филогенетикалық талдауы, прокариоттардан бастап метазоаларға және приматтарға дейін, FAD және NAD байланыс орындарындағы көпшілігінің реттілік мотивінен айырмашылығы қатаң сақталып қалатынын көрсетті. Көптеген мақалалар мен оқулықтарда Россман бүктемесі βαβ құрылымының қатаң қайталануы ретінде анықталады. Алайда, көптеген NAD(P) және FAD байланыс орындарындағы Россман бүктемелерін жан-жақты қарастыру, тек бірінші βα құрылымының ғана қатаң сақталуын көрсетті. Кейбір ферменттерде бета-жапырақ құрайтын бета-қабырғалар арасында көптеген тізбектер мен бірнеше спиральдер (яғни, жалғыз спираль емес) болуы мүмкін. Ханукоглу айтуынша, бұл ферменттердің ортақ тегі сақталған реттілік және құрылымдық ерекшеліктерімен анықталады. Ханукоглудың (2017) нәтижесі Медведев және авторлар (2020) тарапынан расталды, "Россманмен байланысты" деп аталатын ECOD "H тобы" түрінде. Тіпті осы топтың ішінде ECOD нуклеотидтік емес белсенділіктің кең ауқымын сипаттайды.
Phylogenetic analysis of the NADP binding enzyme adrenodoxin reductase revealed that from prokaryotes, through metazoa and up to primates the sequence motif difference from that of most FAD and NAD binding sites is strictly conserved. In many articles and textbooks, a Rossmann fold is defined as a strict repeated series of βαβ structure. Yet, comprehensive examination of the Rossmann folds in many NAD(P) and FAD binding sites revealed that only the first βα structure is strictly conserved. In some enzymes, there may be many loops and several helices (i. e., not a single helix) between the beta strands that form the beta sheet. These enzymes have a common origin indicated by conserved sequence and structural features, according to Hanukoglu. The result by Hanukoglu (2017) is corroborated by Medvedev et al. (2020), in the form of an ECOD "H group" called "Rossmann related". Even within this group, ECOD describes a wide range of non nucleotide activities.