Dominio proteico
Región autoestable de la cadena de una proteína que se pliega independientemente del resto.
Piruvato quinasa , una proteína con tres dominios ( PDB : 1PKN ​).

En biología molecular , un dominio proteico es una región de la cadena polipeptídica de una proteína que se autoestabiliza y que se pliega independientemente del resto. Cada dominio forma una estructura tridimensional plegada compacta . Muchas proteínas constan de varios dominios, y un dominio puede aparecer en una variedad de proteínas diferentes. La evolución molecular utiliza dominios como bloques de construcción y estos pueden recombinarse en diferentes disposiciones para crear proteínas con diferentes funciones. En general, los dominios varían en longitud desde aproximadamente 50 aminoácidos hasta 250 aminoácidos de longitud. [1] Los dominios más cortos, como los dedos de zinc , se estabilizan mediante iones metálicos o puentes disulfuro . Los dominios a menudo forman unidades funcionales, como el dominio de mano EF de unión al calcio de la calmodulina . Debido a que son estables de forma independiente, los dominios pueden "intercambiarse" mediante ingeniería genética entre una proteína y otra para crear proteínas quiméricas .

Fondo

El concepto de dominio fue propuesto por primera vez en 1973 por Wetlaufer después de estudios cristalográficos de rayos X de lisozima de gallina [2] y papaína [3] y por estudios limitados de proteólisis de inmunoglobulinas . [4] [5] Wetlaufer definió los dominios como unidades estables de estructura proteica que podrían plegarse de manera autónoma. En el pasado, los dominios se han descrito como unidades de:

  • estructura compacta [6]
  • Función y evolución [7]
  • plegable. [8]

Cada definición es válida y a menudo se superpone, es decir, es probable que un dominio estructural compacto que se encuentra entre diversas proteínas se pliegue de forma independiente dentro de su entorno estructural. La naturaleza a menudo reúne varios dominios para formar proteínas multidominio y multifuncionales con una gran cantidad de posibilidades. [9] En una proteína multidominio, cada dominio puede cumplir su propia función de forma independiente o de manera concertada con sus vecinos. Los dominios pueden servir como módulos para construir grandes conjuntos, como partículas de virus o fibras musculares, o pueden proporcionar sitios catalíticos o de unión específicos, como los que se encuentran en enzimas o proteínas reguladoras.

Ejemplo: piruvato quinasa

Un ejemplo adecuado es la piruvato quinasa (véase la primera figura), una enzima glucolítica que desempeña un papel importante en la regulación del flujo de fructosa-1,6-bifosfato a piruvato. Contiene un dominio de unión a nucleótidos β (en azul), un dominio de unión a sustratos α/β (en gris) y un dominio regulador α/β (en verde oliva), [10] conectados por varios enlaces polipeptídicos. [11] Cada dominio de esta proteína se encuentra en diversos conjuntos de familias de proteínas . [12]

El dominio de unión al sustrato del barril α/β central es uno de los pliegues enzimáticos más comunes . Se observa en muchas familias de enzimas diferentes que catalizan reacciones completamente no relacionadas. [13] El barril α/β se denomina comúnmente barril TIM en honor a la triosa fosfato isomerasa, que fue la primera estructura de este tipo que se resolvió. [14] Actualmente se clasifica en 26 familias homólogas en la base de datos de dominios CATH. [15] El barril TIM se forma a partir de una secuencia de motivos β-α-β cerrados por la primera y la última hebra unidas por enlaces de hidrógeno, formando un barril de ocho hebras. Existe un debate sobre el origen evolutivo de este dominio. Un estudio ha sugerido que una única enzima ancestral podría haber divergido en varias familias, [16] mientras que otro sugiere que una estructura de barril TIM estable ha evolucionado a través de una evolución convergente. [17]

El barril TIM de la piruvato quinasa es "discontinuo", lo que significa que se requiere más de un segmento del polipéptido para formar el dominio. Es probable que esto sea el resultado de la inserción de un dominio en otro durante la evolución de la proteína. Se ha demostrado a partir de estructuras conocidas que aproximadamente una cuarta parte de los dominios estructurales son discontinuos. [18] [19] El dominio regulador del barril β insertado es "continuo", formado por un solo tramo de polipéptido. [ cita requerida ]

Unidades de estructura de proteínas

La estructura primaria (cadena de aminoácidos) de una proteína codifica en última instancia su conformación tridimensional (3D) plegada de manera única. [20] El factor más importante que rige el plegamiento de una proteína en una estructura 3D es la distribución de cadenas laterales polares y no polares. [21] El plegamiento es impulsado por el enterramiento de cadenas laterales hidrofóbicas en el interior de la molécula para evitar el contacto con el entorno acuoso. Generalmente, las proteínas tienen un núcleo de residuos hidrofóbicos rodeado por una capa de residuos hidrofílicos. Dado que los enlaces peptídicos en sí mismos son polares, se neutralizan mediante enlaces de hidrógeno entre sí cuando están en el entorno hidrofóbico. Esto da lugar a regiones del polipéptido que forman patrones estructurales 3D regulares llamados estructura secundaria . Hay dos tipos principales de estructura secundaria: hélices α y láminas β . [ cita requerida ]

Se ha descubierto que algunas combinaciones simples de elementos de estructura secundaria ocurren con frecuencia en la estructura de las proteínas y se las conoce como estructura supersecundaria o motivos . Por ejemplo, el motivo de horquilla β consiste en dos cadenas β antiparalelas adyacentes unidas por un pequeño bucle. Está presente en la mayoría de las estructuras β antiparalelas tanto como una cinta aislada como parte de láminas β más complejas. Otra estructura supersecundaria común es el motivo β-α-β, que se usa con frecuencia para conectar dos cadenas β paralelas. La hélice α central conecta los extremos C de la primera cadena con los extremos N de la segunda cadena, empaquetando sus cadenas laterales contra la lámina β y, por lo tanto, protegiendo los residuos hidrófobos de las cadenas β de la superficie. [ cita requerida ]

La asociación covalente de dos dominios representa una ventaja funcional y estructural ya que hay un aumento en la estabilidad en comparación con las mismas estructuras asociadas de forma no covalente. [22] Otras ventajas son la protección de los intermediarios dentro de las hendiduras enzimáticas entre dominios que de otro modo podrían ser inestables en entornos acuosos, y una relación estequiométrica fija de la actividad enzimática necesaria para un conjunto secuencial de reacciones. [23]

La alineación estructural es una herramienta importante para determinar dominios. [ cita requerida ]

Estructura terciaria

Varios motivos se agrupan para formar unidades compactas, locales y semiindependientes llamadas dominios. [6] La estructura 3D general de la cadena polipeptídica se conoce como la estructura terciaria de la proteína . Los dominios son las unidades fundamentales de la estructura terciaria, cada dominio contiene un núcleo hidrofóbico individual construido a partir de unidades estructurales secundarias conectadas por regiones de bucle. El empaquetamiento del polipéptido suele ser mucho más apretado en el interior que en el exterior del dominio, lo que produce un núcleo de tipo sólido y una superficie de tipo fluido. [24] Los residuos del núcleo a menudo se conservan en una familia de proteínas , mientras que los residuos en los bucles están menos conservados, a menos que estén involucrados en la función de la proteína. La estructura terciaria de la proteína se puede dividir en cuatro clases principales según el contenido estructural secundario del dominio. [25]

  • Todos los dominios α tienen un núcleo de dominio formado exclusivamente por hélices α. Esta clase está dominada por pequeños pliegues, muchos de los cuales forman un haz simple con hélices que se extienden hacia arriba y hacia abajo.
  • Los dominios β-todos tienen un núcleo compuesto de láminas β antiparalelas, normalmente dos láminas apiñadas una contra la otra. Se pueden identificar varios patrones en la disposición de las hebras, lo que a menudo da lugar a la identificación de motivos recurrentes, por ejemplo, el motivo de la clave griega. [26]
  • Los dominios α+β son una mezcla de motivos α y β. La clasificación de proteínas en esta clase es difícil debido a las superposiciones con las otras tres clases y, por lo tanto, no se utiliza en la base de datos de dominios CATH . [15]
  • Los dominios α/β están formados por una combinación de motivos β-α-β que forman predominantemente una lámina β paralela rodeada de hélices α anfipáticas. Las estructuras secundarias están dispuestas en capas o barriles.

Límites de tamaño

Los dominios tienen límites de tamaño. [27] El tamaño de los dominios estructurales individuales varía de 36 residuos en la E-selectina a 692 residuos en la lipoxigenasa-1, [18] pero la mayoría, el 90%, tiene menos de 200 residuos [28] con un promedio de aproximadamente 100 residuos. [29] Los dominios muy cortos, de menos de 40 residuos, a menudo se estabilizan mediante iones metálicos o enlaces disulfuro. Es probable que los dominios más grandes, de más de 300 residuos, consten de múltiples núcleos hidrofóbicos. [30]

Estructura cuaternaria

Muchas proteínas tienen una estructura cuaternaria , que consiste en varias cadenas polipeptídicas que se asocian para formar una molécula oligomérica. Cada cadena polipeptídica de una proteína de este tipo se denomina subunidad. La hemoglobina, por ejemplo, consta de dos subunidades α y dos β. Cada una de las cuatro cadenas tiene un pliegue de globina α con un bolsillo hemo. [ cita requerida ]

Intercambio de dominios

El intercambio de dominios es un mecanismo para formar conjuntos oligoméricos. [31] En el intercambio de dominios, un elemento secundario o terciario de una proteína monomérica se reemplaza por el mismo elemento de otra proteína. El intercambio de dominios puede abarcar desde elementos estructurales secundarios hasta dominios estructurales completos. También representa un modelo de evolución para la adaptación funcional por oligomerización, por ejemplo, las enzimas oligoméricas que tienen su sitio activo en las interfaces de las subunidades. [32]

Los dominios como módulos evolutivos

La naturaleza es una manitas y no una inventora , [33] las nuevas secuencias se adaptan a partir de secuencias preexistentes en lugar de inventarse. Los dominios son el material común que utiliza la naturaleza para generar nuevas secuencias; se los puede considerar como unidades genéticamente móviles, denominadas "módulos". A menudo, los extremos C y N de los dominios están muy juntos en el espacio, lo que les permite "colocarse" fácilmente en las estructuras progenitoras durante el proceso de evolución. Muchas familias de dominios se encuentran en las tres formas de vida, Archaea , Bacteria y Eukarya . [34] Los módulos proteicos son un subconjunto de dominios proteicos que se encuentran en una variedad de proteínas diferentes con una estructura particularmente versátil. Se pueden encontrar ejemplos entre las proteínas extracelulares asociadas con la coagulación, la fibrinólisis, el complemento, la matriz extracelular, las moléculas de adhesión a la superficie celular y los receptores de citocinas. [35] Cuatro ejemplos concretos de módulos proteicos generalizados son los siguientes dominios: SH2 , inmunoglobulina , fibronectina tipo 3 y el kringle . [36]

La evolución molecular da lugar a familias de proteínas relacionadas con una secuencia y una estructura similares. Sin embargo, las similitudes de secuencia pueden ser extremadamente bajas entre proteínas que comparten la misma estructura. Las estructuras de las proteínas pueden ser similares porque las proteínas han divergido de un ancestro común. Alternativamente, algunos pliegues pueden ser más favorecidos que otros, ya que representan disposiciones estables de estructuras secundarias y algunas proteínas pueden converger hacia estos pliegues a lo largo de la evolución. Actualmente hay alrededor de 110.000 estructuras de proteínas 3D determinadas experimentalmente depositadas en el Protein Data Bank (PDB). [37] Sin embargo, este conjunto contiene muchas estructuras idénticas o muy similares. Todas las proteínas deben clasificarse en familias estructurales para comprender sus relaciones evolutivas. Las comparaciones estructurales se logran mejor a nivel de dominio. Por esta razón, se han desarrollado muchos algoritmos para asignar automáticamente dominios en proteínas con estructura 3D conocida (véase § Definición de dominio a partir de coordenadas estructurales). [ cita requerida ]

La base de datos de dominios CATH clasifica los dominios en aproximadamente 800 familias de pliegues; diez de estos pliegues están altamente poblados y se los denomina "superpliegues". Los superpliegues se definen como pliegues para los cuales hay al menos tres estructuras sin similitud de secuencia significativa. [38] El más poblado es el superpliegue de barril α/β, como se describió anteriormente.

Proteínas multidominio

La mayoría de las proteínas, dos tercios en los organismos unicelulares y más del 80% en los metazoos, son proteínas multidominio. [39] Sin embargo, otros estudios concluyeron que el 40% de las proteínas procariotas constan de múltiples dominios mientras que los eucariotas tienen aproximadamente un 65% de proteínas multidominio. [40]

Muchos dominios en proteínas multidominio eucariotas pueden encontrarse como proteínas independientes en procariotas, [41] lo que sugiere que los dominios en proteínas multidominio alguna vez existieron como proteínas independientes. Por ejemplo, los vertebrados tienen un polipéptido multienzimático que contiene los dominios GAR sintetasa , AIR sintetasa y GAR transformilasa (GARs-AIRs-GARt; GAR: glicinamida ribonucleótido sintetasa/transferasa; AIR: aminoimidazol ribonucleótido sintetasa). En insectos, el polipéptido aparece como GARs-(AIRs)2-GARt, en levaduras GARs-AIRs se codifica por separado de GARt, y en bacterias cada dominio se codifica por separado. [42]

(imagen desplazable) La proteína similar a la attractina 1 (ATRNL1) es una proteína multidominio que se encuentra en animales, incluidos los humanos. [43] [44] Cada unidad es un dominio, por ejemplo, los dominios EGF o Kelch .

Origen

Es probable que las proteínas multidominio hayan surgido a partir de una presión selectiva durante la evolución para crear nuevas funciones. Varias proteínas se han separado de ancestros comunes mediante diferentes combinaciones y asociaciones de dominios. Las unidades modulares se desplazan con frecuencia de un sistema biológico a otro, dentro de él y entre él, mediante mecanismos de redistribución genética:

  • transposición de elementos móviles, incluidas las transferencias horizontales (entre especies); [45]
  • reordenamientos brutos tales como inversiones, translocaciones, deleciones y duplicaciones;
  • recombinación homóloga ;
  • Deslizamiento de la ADN polimerasa durante la replicación.

Tipos de organización

Inserciones de módulos de dominio PH similares (granate) en dos proteínas diferentes.

La organización multidominio más simple observada en proteínas es la de un dominio único repetido en tándem. [46] Los dominios pueden interactuar entre sí ( interacción dominio-dominio ) o permanecer aislados, como cuentas en un hilo. La titina, una proteína muscular gigante de 30.000 residuos, comprende unos 120 dominios de tipo fibronectina-III y de tipo Ig. [47] En las serina proteasas, un evento de duplicación génica ha llevado a la formación de una enzima de dos dominios de barril β. [48] Las repeticiones han divergido tan ampliamente que no hay una similitud de secuencia obvia entre ellas. El sitio activo está ubicado en una hendidura entre los dos dominios de barril β, en la que se aportan residuos funcionalmente importantes de cada dominio. Se ha demostrado que los mutantes modificados genéticamente de la serina proteasa quimotripsina tienen cierta actividad de proteinasa a pesar de que se eliminaron los residuos de su sitio activo y, por lo tanto, se ha postulado que el evento de duplicación mejoró la actividad de la enzima. [48]

Los módulos frecuentemente muestran diferentes relaciones de conectividad, como lo ilustran las kinesinas y los transportadores ABC . El dominio motor de la kinesina puede estar en cualquier extremo de una cadena polipeptídica que incluye una región de hélice enrollada y un dominio de carga. [49] Los transportadores ABC están formados por hasta cuatro dominios que consisten en dos módulos no relacionados, un casete de unión a ATP y un módulo de membrana integral, dispuestos en varias combinaciones.

No sólo los dominios se recombinan, sino que hay muchos ejemplos de un dominio que se ha insertado en otro. Las similitudes de secuencia o estructurales con otros dominios demuestran que los homólogos de los dominios insertados y parentales pueden existir de forma independiente. Un ejemplo es el de los "dedos" insertados en el dominio "palma" dentro de las polimerasas de la familia Pol I. [50] Dado que un dominio se puede insertar en otro, siempre debe haber al menos un dominio continuo en una proteína multidominio. Esta es la principal diferencia entre las definiciones de dominios estructurales y dominios evolutivos/funcionales. Un dominio evolutivo estará limitado a una o dos conexiones entre dominios, mientras que los dominios estructurales pueden tener conexiones ilimitadas, dentro de un criterio dado de la existencia de un núcleo común. Se podrían asignar varios dominios estructurales a un dominio evolutivo. [ cita requerida ]

Un superdominio consta de dos o más dominios conservados de origen nominalmente independiente, pero que posteriormente se heredan como una sola unidad estructural/funcional. [51] Este superdominio combinado puede aparecer en diversas proteínas que no están relacionadas solo por duplicación genética. Un ejemplo de un superdominio es el par de dominios C2 de la proteína tirosina fosfatasa en PTEN , tensina , auxilina y la proteína de membrana TPTE2. Este superdominio se encuentra en proteínas de animales, plantas y hongos. Una característica clave del superdominio PTP-C2 es la conservación de residuos de aminoácidos en la interfaz del dominio.

Los dominios son unidades plegables autónomas

Plegable

El plegamiento de proteínas: un problema sin resolver  : desde el trabajo seminal de Anfinsen a principios de los años 1960, [20] el objetivo de comprender completamente el mecanismo por el cual un polipéptido se pliega rápidamente a su conformación nativa estable sigue siendo difícil de alcanzar. Muchos estudios experimentales sobre el plegamiento han contribuido mucho a nuestra comprensión, pero los principios que gobiernan el plegamiento de proteínas todavía se basan en los descubiertos en los primeros estudios sobre el plegamiento. Anfinsen demostró que el estado nativo de una proteína es termodinámicamente estable, y que la conformación se encuentra en un mínimo global de su energía libre. [ cita requerida ]

El plegamiento es una búsqueda dirigida de espacio conformacional que permite que la proteína se pliegue en una escala de tiempo biológicamente factible. La paradoja de Levinthal establece que si una proteína de tamaño promedio probara todas las conformaciones posibles antes de encontrar la que tiene la energía más baja, todo el proceso tomaría miles de millones de años. [52] Las proteínas normalmente se pliegan en un lapso de 0,1 a 1000 segundos. Por lo tanto, el proceso de plegamiento de proteínas debe dirigirse de alguna manera a través de una vía de plegamiento específica. Es probable que las fuerzas que dirigen esta búsqueda sean una combinación de influencias locales y globales cuyos efectos se sienten en varias etapas de la reacción. [53]

Los avances en estudios experimentales y teóricos han demostrado que el plegamiento puede verse en términos de paisajes energéticos, [54] [55] donde la cinética del plegamiento se considera como una organización progresiva de un conjunto de estructuras parcialmente plegadas a través de las cuales pasa una proteína en su camino hacia la estructura plegada. Esto se ha descrito en términos de un embudo de plegamiento , en el que una proteína desplegada tiene una gran cantidad de estados conformacionales disponibles y hay menos estados disponibles para la proteína plegada. Un embudo implica que para el plegamiento de proteínas hay una disminución en la energía y pérdida de entropía con el aumento de la formación de la estructura terciaria. La rugosidad local del embudo refleja trampas cinéticas, correspondientes a la acumulación de intermediarios mal plegados. Una cadena de plegamiento progresa hacia energías libres intracadena más bajas al aumentar su compacidad. Las opciones conformacionales de la cadena se estrechan cada vez más hacia una estructura nativa en última instancia.

Ventajas de los dominios en el plegamiento de proteínas

La organización de proteínas grandes mediante dominios estructurales representa una ventaja para el plegamiento de proteínas, ya que cada dominio puede plegarse individualmente, acelerando el proceso de plegamiento y reduciendo una combinación potencialmente grande de interacciones de residuos. Además, dada la distribución aleatoria observada de residuos hidrofóbicos en proteínas, [56] la formación de dominios parece ser la solución óptima para que una proteína grande entierre sus residuos hidrofóbicos mientras mantiene los residuos hidrofílicos en la superficie. [57] [58]

Sin embargo, el papel de las interacciones entre dominios en el plegamiento de proteínas y en la energía de estabilización de la estructura nativa, probablemente difiere para cada proteína. En la lisozima T4, la influencia de un dominio sobre el otro es tan fuerte que la molécula entera es resistente a la escisión proteolítica. En este caso, el plegamiento es un proceso secuencial donde se requiere que el dominio C-terminal se pliegue de forma independiente en un paso temprano, y el otro dominio requiere la presencia del dominio C-terminal plegado para el plegamiento y la estabilización. [59]

Se ha descubierto que el plegamiento de un dominio aislado puede tener lugar a la misma velocidad o, a veces, a mayor velocidad que el del dominio integrado, [60] lo que sugiere que pueden producirse interacciones desfavorables con el resto de la proteína durante el plegamiento. Varios argumentos sugieren que el paso más lento en el plegamiento de proteínas grandes es el apareamiento de los dominios plegados. [30] Esto se debe a que los dominios no están plegados de forma completamente correcta o a que los pequeños ajustes necesarios para su interacción son energéticamente desfavorables, [61] como la eliminación de agua de la interfaz del dominio.

Dominios y flexibilidad de proteínas

La dinámica de los dominios proteicos desempeña un papel clave en una multitud de procesos de reconocimiento y señalización molecular. Los dominios proteicos, conectados por dominios de enlace flexibles intrínsecamente desordenados, inducen alosterio de largo alcance a través de la dinámica de los dominios proteicos . Los modos dinámicos resultantes no se pueden predecir de manera general a partir de las estructuras estáticas de la proteína completa o de los dominios individuales. Sin embargo, se pueden inferir comparando diferentes estructuras de una proteína (como en la base de datos de movimientos moleculares ). También se pueden sugerir mediante el muestreo en trayectorias de dinámica molecular extensas [62] y análisis de componentes principales [63] , o se pueden observar directamente utilizando espectros [64] [65] medidos por espectroscopia de eco de espín de neutrones .

Definición de dominio a partir de coordenadas estructurales

La importancia de los dominios como bloques estructurales y elementos de la evolución ha dado lugar a muchos métodos automatizados para su identificación y clasificación en proteínas de estructura conocida. Los procedimientos automáticos para la asignación fiable de dominios son esenciales para la generación de bases de datos de dominios, especialmente a medida que aumenta el número de estructuras proteínicas conocidas. Aunque los límites de un dominio se pueden determinar mediante inspección visual, la construcción de un método automatizado no es sencilla. Los problemas surgen cuando se enfrentan dominios que son discontinuos o muy asociados. [66] El hecho de que no exista una definición estándar de lo que realmente es un dominio ha significado que las asignaciones de dominios han variado enormemente, y cada investigador ha utilizado un conjunto único de criterios. [67]

Un dominio estructural es una subestructura compacta y globular con más interacciones dentro de ella que con el resto de la proteína. [68] Por lo tanto, un dominio estructural puede determinarse por dos características visuales: su compacidad y su grado de aislamiento. [69] Las medidas de compacidad local en proteínas se han utilizado en muchos de los primeros métodos de asignación de dominios [70] [71] [72] [73] y en varios de los métodos más recientes. [28] [74] [75] [76] [77]

Métodos

Uno de los primeros algoritmos [70] utilizó un mapa de distancias Cα-Cα junto con una rutina de agrupamiento jerárquico que consideraba las proteínas como varios segmentos pequeños, de 10 residuos de longitud. Los segmentos iniciales se agruparon uno tras otro en función de las distancias entre segmentos; los segmentos con las distancias más cortas se agruparon y se consideraron segmentos individuales a partir de entonces. El agrupamiento por pasos finalmente incluyó la proteína completa. Go [73] también explotó el hecho de que las distancias entre dominios son normalmente mayores que las distancias dentro de los dominios; todas las distancias Cα-Cα posibles se representaron como gráficos diagonales en los que había patrones distintos para hélices, cadenas extendidas y combinaciones de estructuras secundarias. [ cita requerida ]

El método de Sowdhamini y Blundell agrupa las estructuras secundarias de una proteína en función de sus distancias Cα-Cα e identifica los dominios a partir del patrón en sus dendrogramas . [66] Como el procedimiento no considera la proteína como una cadena continua de aminoácidos, no hay problemas en el tratamiento de los dominios discontinuos. Los nodos específicos en estos dendrogramas se identifican como agrupaciones estructurales terciarias de la proteína, que incluyen tanto estructuras supersecundarias como dominios. El algoritmo DOMAK se utiliza para crear la base de datos de dominios 3Dee. [75] Calcula un "valor de división" a partir del número de cada tipo de contacto cuando la proteína se divide arbitrariamente en dos partes. Este valor de división es grande cuando las dos partes de la estructura son distintas. [ cita requerida ]

El método de Wodak y Janin [78] se basó en las áreas de interfaz calculadas entre dos segmentos de cadena escindidos repetidamente en varias posiciones de residuos. Las áreas de interfaz se calcularon comparando las áreas de superficie de los segmentos escindidos con las de la estructura nativa. Los límites de dominio potenciales se pueden identificar en un sitio donde el área de interfaz era mínima. Otros métodos han utilizado medidas de accesibilidad al solvente para calcular la compacidad. [28] [79] [80]

El algoritmo PUU [19] incorpora un modelo armónico utilizado para aproximar la dinámica entre dominios. El concepto físico subyacente es que se producirán muchas interacciones rígidas dentro de cada dominio y se producirán interacciones flexibles entre dominios. Este algoritmo se utiliza para definir dominios en la base de datos de dominios FSSP . [74]

Swindells (1995) desarrolló un método, DETECTIVE, para la identificación de dominios en estructuras proteínicas basándose en la idea de que los dominios tienen un interior hidrofóbico. Se encontró que se producían deficiencias cuando los núcleos hidrofóbicos de diferentes dominios continuaban a través de la región de interfaz.

RigidFinder es un nuevo método para la identificación de bloques rígidos de proteínas (dominios y bucles) de dos conformaciones diferentes. Los bloques rígidos se definen como bloques en los que se conservan todas las distancias entre residuos en las distintas conformaciones.

El método RIBFIND desarrollado por Pandurangan y Topf identifica cuerpos rígidos en estructuras proteicas mediante la realización de agrupamiento espacial de elementos estructurales secundarios en proteínas. [81] Los cuerpos rígidos RIBFIND se han utilizado para ajustar de manera flexible las estructuras proteicas en mapas de densidad de microscopía crioelectrónica . [82]

Potestio et al. [62] introdujeron un método general para identificar dominios dinámicos , es decir, regiones de proteínas que se comportan aproximadamente como unidades rígidas en el curso de fluctuaciones estructurales, y, entre otras aplicaciones, también se utilizó para comparar la consistencia de las subdivisiones de dominio basadas en dinámica con las estándar basadas en estructura. El método, denominado PiSQRD, está disponible públicamente en forma de servidor web. [83] Este último permite a los usuarios subdividir de forma óptima proteínas monocatenarias o multiméricas en dominios cuasi rígidos [62] [83] basándose en los modos colectivos de fluctuación del sistema. De forma predeterminada, estos últimos se calculan a través de un modelo de red elástica; [84] alternativamente, el usuario puede cargar espacios dinámicos esenciales precalculados.

Dominios de ejemplo

Dominios de función desconocida

Una gran fracción de dominios son de función desconocida. Un  dominio de función desconocida  (DUF) es un dominio de proteína que no tiene una función caracterizada. Estas familias se han recopilado juntas en la  base de datos Pfam utilizando el prefijo DUF seguido de un número, siendo los ejemplos DUF2992 y DUF1220. Ahora hay más de 3000 familias DUF dentro de la base de datos Pfam que representan más del 20% de las familias conocidas. [86] Sorprendentemente, el número de DUF en Pfam ha aumentado del 20% (en 2010) al 22% (en 2019), principalmente debido a un número creciente de nuevas secuencias del genoma . La versión 32.0 de Pfam (2019) contenía 3961 DUF. [87]

Véase también

Referencias

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Bases de datos de dominio estructural

  • Dominios conservados en el sitio web del Centro Nacional de Biotecnología
  • 3Dee
  • CATÉTERO
  • Dalí
  • Definición y asignación de dominios estructurales en proteínas en Wayback Machine (archivado el 11 de septiembre de 2006)
  • Navegador de clanes PFAM

Bases de datos de dominios de secuencia

  • Interprofesional
  • Pfam en los Archivos Web de la Biblioteca del Congreso (archivado el 6 de mayo de 2011)
  • PROSITIO
  • ProDom [ enlace muerto permanente ]
  • ELEGANTE
  • Base de datos de dominios conservados del NCBI
  • SUPERFAMILIA Biblioteca de HMM que representan superfamilias y base de datos de anotaciones (de superfamilias y familias) para todos los organismos completamente secuenciados

Bases de datos de dominio funcional

  • dcGO Una base de datos completa de ontologías centradas en el dominio sobre funciones, fenotipos y enfermedades.

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