Складка Россмана представляет собой третичную складку, обнаруженную в белках , которые связывают нуклеотиды , таких как кофакторы ферментов FAD , NAD + и NADP + . Эта складка состоит из чередующихся бета-нитей и альфа-спиральных сегментов, где бета-цепи связаны водородными связями друг с другом, образуя расширенный бета-лист , а альфа-спирали окружают обе стороны листа, образуя трехслойный сэндвич. Классическая складка Россмана содержит шесть бета-нитей, тогда как складки, подобные Россманну, иногда называемые складками Россманноида , содержат только пять нитей. Начальная бета-альфа-бета-складка (bab) является наиболее консервативным сегментом складки Россмана. [1] Мотив назван в честь Майкла Россмана , который впервые заметил этот структурный мотив в ферменте лактатдегидрогеназе в 1970 году и который позже заметил, что этот мотив часто встречается в нуклеотидсвязывающих белках. [2]
Складчатые белки Россмана и Россманноида чрезвычайно распространены. Они составляют 20% белков с известными структурами в Банке данных белков и обнаруживаются более чем в 38% метаболических путей KEGG . [3] Складка чрезвычайно универсальна, поскольку может вмещать широкий спектр лигандов. Помимо традиционной роли, они могут функционировать как метаболические ферменты, связывающие ДНК/РНК и регуляторные белки. [4]
Складка Россмана 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 будет назван складкой Россмана. Впоследствии было обнаружено, что большинство дегидрогеназ, которые используют НАД или НАДФ, содержат тот же структурно консервативный мотив складки Россмана. [5] [6]
В 1989 году Исраэль Ханукоглу из Научного института Вейцмана обнаружил, что консенсусная последовательность сайта связывания НАДФ + в некоторых ферментах, использующих НАДФ + , отличается от мотива связывания НАД + . [7] Это открытие было использовано для перепроектирования коферментных специфичностей ферментов. [8]
Складка Россмана состоит из шести параллельных бета-тяжей , образующих расширенный бета-лист . Первые три цепи соединены α-спиралями , образуя структуру бета-альфа-бета-альфа-бета. Этот паттерн дублируется один раз, образуя инвертированный тандемный повтор, содержащий шесть нитей. Всего нити расположены в порядке 321456 (1 = N-концевой, 6 = C-концевой). [9] Пять жильных складок, подобных Россманну, расположены в порядке 32145. [10] Общая третичная структура складки напоминает трехслойный сэндвич, в котором начинка состоит из расширенного бета-листа и сформированы два ломтика хлеба. соединяющимися параллельными альфа-спиралями. [1]
Одной из особенностей складки Россмана является ее специфичность связывания кофактора . Путем анализа четырех НАДН-связывающих ферментов было обнаружено, что во всех четырех ферментах нуклеотидный кофактор имеет одинаковую конформацию и ориентацию по отношению к полипептидной цепи. [1]
Складка может содержать дополнительные пряди, соединенные короткими спиралями или клубками. [1] Наиболее консервативным сегментом складок Россмана является первый бета-альфа-бета-сегмент. Фосфат-связывающая петля расположена между первой бета-цепью и альфа-спиралью. На кончике второй бета-цепи имеется консервативный остаток аспартата, который участвует в связывании рибозы. [11] Поскольку этот сегмент находится в контакте с частью ADP динуклеотидов, таких как FAD , NAD и NADP, его также называют «ADP-связывающей бета-бета-складкой».
Функция складки Россмана в ферментах заключается в связывании нуклеотидных кофакторов. Это также часто способствует связыванию субстрата.
Метаболические ферменты обычно имеют одну специфическую функцию, а в случае УДФ-глюкозо-6-дегидрогеназы основная функция заключается в катализе двухстадийного НАД(+)-зависимого окисления УДФ-глюкозы в УДФ-глюкуроновую кислоту . [12] N- и C-концевые домены UgdG имеют общие структурные особенности с древними митохондриальными рибонуклеазами, называемыми MAR. MAR присутствуют у низших эукариотических микроорганизмов, имеют Россманноидную складку и принадлежат к суперсемейству изохоризматаз. Это наблюдение подтверждает, что структурные мотивы Россмана, обнаруженные в НАД(+)-зависимых дегидрогеназах, могут иметь двойную функцию, работая как домен связывания нуклеотидного кофактора и как рибонуклеаза.
Эволюционная связь между складкой Россмана и складками, подобными Россманну, неясна. Эти складки называются Россманноидами. 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 свидетельства конвергентной эволюции [3] со 156 отдельными H-группами доказуемой гомологии, из которых можно найти 123 X-группы вероятной гомологии. Группы были интегрированы в ECOD . [4]
Филогенетический анализ НАДФ-связывающего фермента адренодоксинредуктазы показал, что от прокариот, многоклеточных животных и вплоть до приматов отличие мотива последовательности от большинства сайтов связывания FAD и НАД строго сохраняется. [13]
Во многих статьях и учебниках складку Россмана определяют как строгую повторяющуюся серию структур βαβ. Тем не менее, комплексное исследование складок Россмана во многих сайтах связывания NAD(P) и FAD показало, что только первая βα-структура строго консервативна. В некоторых ферментах между бета-цепями, образующими бета-лист, может быть множество петель и несколько спиралей (т. е. не одна спираль). [1] По словам Ханукоглу, эти ферменты имеют общее происхождение, о чем свидетельствуют консервативные последовательности и структурные особенности. [13]
Результат Ханукоглу (2017) подтверждается Медведевым и др. (2020) в форме «H-группы» ECOD, называемой «связанной с Россманном». Даже внутри этой группы ECOD описывает широкий спектр ненуклеотидных активностей. [4]