Quaternaire structuur (eiwitten)

De quaternaire eiwitstructuur is de driedimensionale structuur van een eiwitcomplex die gevormd wordt door meerdere, afzonderlijk gevouwen subunits (polypeptiden).^[1] De quaternaire structuur ontstaat door de combinatie van twee of meer van deze subeenheden tot één geheel. De subeenheden kunnen identiek of verschillend zijn. Hemoglobine is een voorbeeld van een eiwitcomplex dat uit vier subunits bestaat die onderling enigszins verschillen. Het wordt daarom aangeduid als een heterotetrameer.^[2] Wanneer vier dezelfde subeenheden een quaternaire structuur vormen, zoals bij LDH of p53, spreekt men van een homotetrameer.

Non-covalante interacties (elektrostatische bindingen, waterstofbruggen en vanderwaalskrachten) tussen de individuele subunits stabiliseren de quaternaire structuur. De subeenheden hebben ieder een eigen tertiaire structuur. Door interacties met elkaar aan te gaan kan een synergetisch effect ontstaan.

Omschrijving

Veel eiwitten zijn in werkelijkheid assemblages van meerdere polypeptideketens. De quartaire structuur verwijst naar de onderlinge rangschikking van deze subeenheden.^[3] Voorbeelden van eiwitten met quaternaire structuur zijn hemoglobine, DNA-polymerase en ionkanalen.^[4] De subeenheden vlechten zich in elkaar onder invloed van non-covalente interacties, meestal op een symmetrische wijze.

Veel enzymen zijn samengesteld uit subeenheden met diverse functies. Zo kan het ene deel een functie regulerende hebben, terwijl het andere deel een katalytische functie heeft. Quaternaire structuren hoeven niet uitsluitend opgebouwd te zijn uit polypeptiden: ook nucleosomen en microtubuli worden ertoe gerekend. Veranderingen in de quartaire structuur treden op door conformationele veranderingen binnen individuele subeenheden (allosterie) of door onderlinge heroriëntatie van de subeenheden.

Nomenclatuur

Het aantal subeenheden in een eiwitcomplex wordt aangeduid met namen die eindigen op -meer (Grieks voor "deel"). Over het algemeen gebruikt men voor de eerste tien (maximaal twintig) subeenheden Grieks-Latijnse voorvoegsels. Eiwitcomplexen van hogere orde worden gewoonlijk aangeduid met het getal, gevolgd door -meer.

1 = monomeer/subunit
2 = dimeer
3 = trimeer
4 = tetrameer
5 = pentameer
6 = hexameer

7 = heptameer
8 = octameer
9 = nonameer
10 = decameer
11 = undecameer
12 = dodecameer

13 = tridecameer
14 = tetradecameer
15 = pentadecameer*
16 = hexadecameer
17 = heptadecameer*
18 = octadecameer

19 = nonadecameer
20 = eicosameer
21-meer
22-meer
23-meer*
etc.

*Geen voorbeelden bekend

Hoewel complexen hoger dan octameren zelden worden waargenomen, zijn er enkele belangrijke uitzonderingen. Virale capsiden zijn vaak samengesteld uit een veelvoud van 60 eiwitten.^[5] Ook grote moleculaire machines in de cel, zoals het proteasoom (vier heptamere ringen = 28 subeenheden), het transcriptiecomplex en het spliceosoom zijn uitzonderlijke complexen. Het ribosoom is vermoedelijk de grootste moleculaire machine en bestaat uit zeer veel RNA- en eiwitmoleculen.

Experimentele bepaling

De quaternaire structuur van een eiwit kan worden bepaald met behulp van verschillende experimentele technieken. Vaak kan men een schatting maken van de massa van het natieve eiwit en, wanneer de massa's of stoichiometrie van de subeenheden bekend is, de quartaire structuur met een bepaalde nauwkeurigheid voorspellen. Het is om verschillende redenen niet altijd mogelijk om de subeenheden nauwkeurig te bepalen.^[6]

Zie ook

Quaternaire structuur (nucleïnezuur)

Referenties

[1]
(en) Henrick, K., & Thornton, J. M. (1998). PQS: a protein quaternary structure file server. Trends in biochemical sciences, 23(9), 358-361. DOI:10.1016/S0968-0004(98)01253-5.
[2]
Schuit, F.C (2000). Medische biochemie. Bohn Stafleu Van Loghum, Houten, "Hoofdstuk 3: Ruimtelijk eiwitstructuur", p. 72. ISBN 9031330205.
[3]
(en) Chou, Kuo-Chen & Cai, Yu-Dong (2003). Predicting protein quaternary structure by pseudo amino acid composition. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 53 (2): 282–289. PMID 14517979. DOI: 10.1002/prot.10500.
[4]
(en) Veenhoff, L. M., Heuberger, E. H., & Poolman, B. (2002). Quaternary structure and function of transport proteins. Trends in biochemical sciences, 27(5), 242–249. DOI:10.1016/S0968-0004(02)02077-7.
[5]
(en) Janin, J., Bahadur, R. P., & Chakrabarti, P. (2008). Protein–protein interaction and quaternary structure. Quarterly reviews of biophysics, 41(2), 133–180. DOI:10.1017/S0033583508004708.
[6]
(en) Hauri, S., Khakzad, H., Happonen, L. et al. (2019). Rapid determination of quaternary protein structures in complex biological samples. Nat Commun 10 (192). DOI: 10.1038/s41467-018-07986-1.

[1] [1]
(en) Henrick, K., & Thornton, J. M. (1998). PQS: a protein quaternary structure file server. Trends in biochemical sciences, 23(9), 358-361. DOI:10.1016/S0968-0004(98)01253-5.

[Schuit4-2] [2]
Schuit, F.C (2000). Medische biochemie. Bohn Stafleu Van Loghum, Houten, "Hoofdstuk 3: Ruimtelijk eiwitstructuur", p. 72. ISBN 9031330205.

[3] [3]
(en) Chou, Kuo-Chen & Cai, Yu-Dong (2003). Predicting protein quaternary structure by pseudo amino acid composition. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 53 (2): 282–289. PMID 14517979. DOI: 10.1002/prot.10500.

[4] [4]
(en) Veenhoff, L. M., Heuberger, E. H., & Poolman, B. (2002). Quaternary structure and function of transport proteins. Trends in biochemical sciences, 27(5), 242–249. DOI:10.1016/S0968-0004(02)02077-7.

[5] [5]
(en) Janin, J., Bahadur, R. P., & Chakrabarti, P. (2008). Protein–protein interaction and quaternary structure. Quarterly reviews of biophysics, 41(2), 133–180. DOI:10.1017/S0033583508004708.

[6] [6]
(en) Hauri, S., Khakzad, H., Happonen, L. et al. (2019). Rapid determination of quaternary protein structures in complex biological samples. Nat Commun 10 (192). DOI: 10.1038/s41467-018-07986-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]