Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Пространственные мотивы
Предыстория и значение
Что такое функция?

Понятие функции может быть описано на многих уровнях и с разных точек зрения. Для обучения и тестирования различных методов функционального аннотирования необходима единая система классификации функций. Система генной онтологии (ГО, англ. Gene Ontology, или GO) (Ashbumer et al. 2000) представляет собой иерархический набор функциональных дескрипторов, ранжированных от общего к частному в каждой из трех категорий: биологические процессы, клеточные компоненты и молекулярные функции. Для описания специфичных молекулярных функций ферментов система ГО включает в себя систему классификации ферментов (КФ, англ. Enzyme Commission, или ЕС²), которая также иерархична: катализируемые реакции описываются с помощью четырех индексов, где первый отражает номер широкого класса реакций, а последний присваивается, исходя из субстратной специфичности фермента. Система ГО также включает термы молекулярной функции для стабильных химических взаимодействий (где связывание субстрата не является функционально связанным с мембранным транспортом или каталитической активностью).

Поскольку структурные мотивы описываются с помощью атомных координат, наиболее естественно их использовать для детализации функций молекул, таких как катализ конкретной реакции или связывание конкретного лиганда. Однако ни КФ, ни ГО не содержат каких-либо деталей о ферментативных механизмах или о том, какие области структуры ответственны за функционирование белка (Babbitt 2003). Например, двум ферментам, катализирующим одинаковые полные реакции, будет присвоен одинаковый шифр КФ, даже если их структуры и каталитические механизмы сильно различаются. И наоборот, ферменты, которые явно гомологичны и имеют общие механистические особенности (такие как одинаковая частичная реакция), могут катализировать разные полные реакции, отличающиеся всеми четырьмя индексами КФ.

² Последняя редакция составлена в 1992 г. проф. Уэббом и номенклатурным комитетом Международного союза биохимии и молекулярной биологии. Прим. автора.

Помимо классификации по функциям, часто для обучения и тестирования методов аннотации используются структурные классификации. Классификация SCOP (англ. Structural Classification of Proteins, Структурная классификация белков) (Murzin et al. 1995), и классификация САТН (англ. Class, Architecture, Topology, and Homologous superfamily, Класс, архитектура, топология и гомологичные надсемейства) (Orengo et al. 1997) представляют собой иерархические классификации белковых доменов, или компактных структурных блоков (Richardson 1981), которые, согласно наблюдениям, были скомбинированы в процессе эволюции (Chothia et al. 2003). По классификации SCOP, домены объединены в семейства, надсемейства, фолды и классы. Аннотирование семейств зачастую часто бывает очевидным уже из одних лишь данных о последовательностях, поэтому представляет собой простую задачу. Большая часть анализа в SCOP сосредоточена на определении принадлежности к надсемейств. Принадлежность к тому или иному надсемейству дает много подсказок к разгадыванию функции белка, но она не является функционально специфичной. Конкретная структура может выполнять любую из функций, известных для других членов семейства, или какую-нибудь сходную функцию, прежде в этом семействе не наблюдавшуюся. Также как и в случае функциональной классификации, структурная классификация не дает прямой информации о специфических структурных особенностях, связанных с функцией.