Складка Россмана — это третичная складка, обнаруженная в белках , связывающих нуклеотиды , таких как кофакторы ферментов FAD , NAD + и NADP + . Эта складка состоит из чередующихся бета-нитей и альфа-спиральных сегментов, где бета-нитеи связаны друг с другом водородными связями, образуя расширенный бета-слой , а альфа-спирали окружают обе стороны слоя, образуя трехслойный сэндвич. Классическая складка Россмана содержит шесть бета-нитей, тогда как складки, подобные россманновым, иногда называемые россманоидными складками , содержат только пять нитей. Начальная бета-альфа-бета (bab) складка является наиболее консервативным сегментом складки Россмана. [1] Мотив назван в честь Майкла Россмана, который первым заметил этот структурный мотив в ферменте лактатдегидрогеназе в 1970 году и который позже заметил, что это был часто встречающийся мотив в нуклеотидсвязывающих белках. [2]
Белки Rossmann и Rossmannoid fold чрезвычайно распространены. Они составляют 20% белков с известными структурами в Protein Data Bank и встречаются в более чем 38% метаболических путей KEGG . [3] Складка чрезвычайно универсальна, поскольку может вмещать широкий спектр лигандов. Они могут функционировать как метаболические ферменты, связывающие ДНК/РНК и регуляторные белки в дополнение к традиционной роли. [4]
Складка Россманна была впервые описана доктором Майклом Россманном и его коллегами в 1974 году. [5] Он был первым, кто вывел структуру лактатдегидрогеназы и охарактеризовал структурный мотив внутри этого фермента, который позже был назван складкой Россманна. Впоследствии было обнаружено, что большинство дегидрогеназ, которые используют НАД или НАДФ, содержат этот же структурно консервативный мотив складки Россманна. [5] [6]
В 1989 году Израиль Ханукоглу из Института науки Вейцмана обнаружил, что консенсусная последовательность для сайта связывания NADP + в некоторых ферментах, которые используют NADP +, отличается от мотива связывания NAD + . [7] Это открытие было использовано для реинжиниринга коферментной специфичности ферментов. [8]
Складка Россмана состоит из шести параллельных бета-тяжей , которые образуют расширенный бета-слой . Первые три нити соединены α-спиралями, что приводит к структуре бета-альфа-бета-альфа-бета. Этот шаблон дублируется один раз, чтобы создать инвертированный тандемный повтор, содержащий шесть нитей. В целом нити расположены в порядке 321456 (1 = N-конец, 6 = C-конец). [9] Пять скрученных складок, подобных Россману, расположены в порядке 32145. [10] Общая третичная структура складки напоминает трехслойный сэндвич, в котором начинка состоит из расширенного бета-слоя, а два ломтика хлеба образованы соединяющимися параллельными альфа-спиралями. [1]
Одной из особенностей фолда Россмана является его специфичность связывания кофактора . Благодаря анализу четырех ферментов, связывающих НАДН, было обнаружено, что во всех четырех ферментах нуклеотидный кофактор влек за собой одинаковую конформацию и ориентацию по отношению к полипептидной цепи. [1]
Складка может содержать дополнительные нити, соединенные короткими спиралями или катушками. [1] Наиболее консервативным сегментом складок Россмана является первый сегмент бета-альфа-бета. Фосфат-связывающая петля расположена между первой бета-нитью и альфа-спиралью. На кончике второй бета-нити находится консервативный остаток аспартата, который участвует в связывании рибозы. [11] Поскольку этот сегмент контактирует с частью АДФ динуклеотидов, таких как ФАД , НАД и НАДФ, его также называют «бета-бета-связывающей складкой АДФ».
Функция складки Россмана в ферментах заключается в связывании нуклеотидных кофакторов. Она также часто способствует связыванию субстрата.
Метаболические ферменты обычно имеют одну специфическую функцию, и в случае UDP-глюкозо-6-дегидрогеназы основной функцией является катализ двухэтапного NAD(+)-зависимого окисления UDP-глюкозы в UDP-глюкуроновую кислоту . [12] N- и C-концевые домены UgdG имеют общие структурные особенности с древними митохондриальными рибонуклеазами, называемыми MAR. MAR присутствуют в низших эукариотических микроорганизмах, имеют россманоидную складку и принадлежат к суперсемейству изохоризматаз. Это наблюдение подтверждает, что структурные мотивы Россмана, обнаруженные в NAD(+)-зависимых дегидрогеназах, могут иметь двойную функцию, работая как домен связывания нуклеотидного кофактора и как рибонуклеаза.
Эволюционная связь между складкой Россмана и складками, подобными россманновским, неясна. Эти складки называются россманоидами. Была выдвинута гипотеза, что все эти складки, включая складку Россмана, произошли от одной общей предковой складки, которая обладала способностью связывать нуклеотиды, в дополнение к неспецифической каталитической активности. [5]
Однако анализ PDB обнаруживает доказательства конвергентной эволюции [3] со 156 отдельными H-группами с демонстрируемой гомологией, из которых можно найти 123 X-группы с вероятной гомологией. Группы были интегрированы в ECOD . [4]
Филогенетический анализ фермента адренодоксинредуктазы, связывающего НАДФ , показал, что от прокариот, через метазоа и до приматов мотив последовательности отличается от мотива большинства участков связывания ФАД и НАД строго консервативно. [13]
Во многих статьях и учебниках складка Россмана определяется как строго повторяющаяся серия βαβ-структур. Тем не менее, всестороннее исследование складок Россмана во многих сайтах связывания NAD(P) и FAD показало, что строго сохраняется только первая βα-структура. В некоторых ферментах может быть много петель и несколько спиралей (т. е. ни одной спирали) между бета-цепями, которые образуют бета-слой. [1] По словам Ханукоглу, эти ферменты имеют общее происхождение, на что указывают консервативные последовательности и структурные особенности. [13]
Результат Ханукоглу (2017) подтверждается Медведевым и др. (2020) в форме ECOD "H-группы", называемой "Rossmann-related". Даже внутри этой группы ECOD описывает широкий спектр ненуклеотидных активностей. [4]