Ферменты одного семейства, обладая общей каталитической стратегией, могут различаться по другим свойствами и разделяться на подсемейства по субстратной специфичности, стереоселективности, стабильности и т.д. Сравнительный биоинформатический анализ был применен для изучения таких позиций в структурах белков, специфическая изменчивость которых в рамках семейства позволяет предположить их ведущую роль в формировании функционального разнообразия. Такие специфические позиции подсемейства (СПП) консервативны только внутри подсемейств ферментов, но различаются между ними. Алгоритм поиска СПП в структурах белков на основе геномной и структурной информации был использован для биоинформатического анализа ферментов суперсемейства альфа-бета гидролаз, которые потеряли сходство по аминокислотным последовательностям в результате естественного отбора и эволюции от общего предка. Проведенное исследование показало высокую степень структурного сходства активных центров даже у удаленных гомологов и выявило закономерности распределения типов аминокислот у ферментов с различными каталитическими свойствами.
Enzymes within a family usually share a common catalytic strategy but differ in more specific features and can be divided into subfamilies possessing different properties such as specificity, enantioselectivity, stability, etc. Comparative bioinformatics was used to explore residues that are subject to subfamily-specific variations and thus are likely to be responsible for functional divergence between homologs. These subfamily-specific positions (SSPs) are conserved within subfamilies of enzymes, but different between subfamilies. A method to identify subfamily-specific positions in protein structures has been used for bioinformatic analysis of alpha-beta hydrolase fold superfamily of enzymes which have lost sequence similarity during natural selection and specialization from a common ancestor. The insight has revealed high structural similarity of catalytic site areas even for distant homologs and showed distribution of amino acid types among enzymes with different catalytic properties.
1. Dutta S., Zardecki C., Goodsell D.S. et.al. Promoting a structural view of biology for varied audiences // J. Appl. Crystallogr. – 2010. – Vol. 43. – № 5. – P. 1224-1229.
2. Galperin M., Koonin E. Sequence – Evolution – Function: Computational Approaches in Comparative Genomics: book. – Boston : Kluwer Academic Publishers, 2003.
3. Jochens H., Stiba K., Savile C. et.al. Converting an esterase into an epoxide hydrolase // Angew. Chem. Int. Ed. – 2009. – Vol. 48. – P. 3532-3535.
4. Kalinina O.V., Gelfand M.S., Russel R.B. Combining specificity determining and conserved residues improves functional site prediction // BMC Bioinf. – 2009. – Vol. 10. – P. 174-198.
5. Menke M., Berger B., Cowen L. Matt: local flexibility aids protein multiple structure alignment // PLoS Comput. Biol. – 2008. – Vol. 4. – № 1. – P. e10.
6. Morley K., Kazlauskas R.J. Improving enzyme properties: when are closer mutations better? // Trends Biotechnol. – 2005. – Vol. 23. – № 5. – P. 231-237.
7. Ollis D.L., Cheah E., Cygler M., et.al. The alpha/beta hydrolase fold // Prot. Eng., Des. Sel. – 1992. – Vol. 5. – P. 197-211.
8. Pleiss J., Fischer M., Peiker M. et.al. Lipase Engineering Database: Understanding and exploiting sequence-structure-function relationships // J. Mol. Catal. B: Enzym. –2000. – Vol. 10. – № 5. – P. 491-508.
9. Valdar W.S.J., Thornton J.M. Protein–protein interfaces: Analysis of amino acid conservation in homodimers // Proteins. – 2001. – Vol. 42. – P. 108-124.
10. Wallace A.C., Laskowski R.A., Thornton J.M. Derivation of 3D coordinate templates for searching structural databases // Protein Sci. – 1996. – Vol. 5. – № 6. – P. 1001-13.