综述:酶催化中的模糊性

【字体: 时间:2025年06月28日 来源:Current Opinion in Structural Biology 6.1

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  这篇综述深入探讨了内在无序蛋白/区域(IDPs/IDRs)通过动态电荷相互作用(“模糊”相互作用)调控酶活性的分子机制,重点揭示了蛋白激酶和磷酸酶(如PP1、PTPN2)通过多价模糊相互作用实现底物招募、组装和活性调节的独特模式,为开发靶向动态相互作用的新型药物提供了理论依据。

  

引言

生物分子间的相互作用是细胞通讯的核心。过去25年,研究发现内在无序蛋白/区域(IDPs/IDRs)虽缺乏稳定结构,却通过富含极性/带电氨基酸的特性,形成多价动态的“模糊”相互作用(fuzzy interactions)。这类相互作用以电荷:电荷接触为基础,能保持局部柔性,其结合强度甚至可与刚性相互作用媲美——得益于熵补偿效应和亲和力协同增强(avidity效应)。然而,X射线晶体学和冷冻电镜(cryo-EM)等技术难以捕捉其动态本质,目前仅核磁共振(NMR)能提供原子分辨率的结构信息。

蛋白磷酸酶1通过模糊金属相互作用被抑制

蛋白磷酸酶1(PP1)与超过200种IDP调节因子结合,其中抑制因子如NIPP1通过C端无序区域与PP1活性位点金属离子(Mn2+/Fe3+)动态结合,形成“模糊笼”(fuzzy cage)结构。这种相互作用虽不破坏金属离子配位,却通过限制底物接近实现抑制,而竞争性调节因子(如PNUTS)可通过取代NIPP1解除抑制。

PTPN2和PTPN22通过C端IDRs动态自抑制

酪氨酸磷酸酶(PTPs)如PTPN2和PTPN22的C端无序区域(IDRs)通过动态遮蔽催化结构域实现自抑制。磷酸化或蛋白结合可解除这种抑制,例如PTPN22的Ser50磷酸化会减弱IDR与催化域的相互作用,从而激活酶活性。

Ser/Thr激酶

激酶家族通过保守基序(consensus motifs)识别底物,但需依赖伪底物基序和二级对接位点(SLiMs)提高特异性。例如,PKA的调控亚基通过动态相互作用实现变构调节,而CDK2-cyclin复合物则依赖IDRs介导的组装。

结论与展望

模糊相互作用为酶催化调控提供了高效且可逆的分子开关,其动态特性在疾病相关突变(如PTPN22变异导致自身免疫疾病)中尤为关键。未来需开发整合NMR与计算模型的新方法,以解析这类相互作用的时空动态规律。

(注:全文严格基于原文内容缩编,未添加非原文信息)

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