Мотиви лежать в основі структурної класифікації протеїнів

; Архітектура протеїнів - третинна структура великих ґлобулярних протеїнів, ІV. Структурна класифікація протеїнів.

Наведене вище свідчить, що складність третинної структури протеїнів зменшується, якщо розглядати їхні субструктури. Розвиваючи цю ідею, дослідники розташували весь вміст баз даних відповідно до ієрархічних рівнів структури протеїнів. База даних “Структурна класифікація протеїнів” (SCOP, з анг. - the structural classification of proteins) – це добрий приклад такого підходу в біохімії. Для найвищого рівня класифікації база даних SCOP використовує вже загальновживану схему, в якій структури протеїнів розділено на чотири класи: всі α, всі β, α/β (сеґменти α і β розташовані впереміжку, або чергуються) і α + β (сегменти α і β розділені) (Рис. 4-22). Кожен клас охоплює від десятків до сотень різних способів згортання, які розташовують по мірі зростання кількості досліджуваних субструктур. Деякі способи впорядкування субструктур дуже поширені, інші зустрічаються лише в одному протеїні. На рис. 4-22 зображено розмаїття мотивів, характерних для чотирьох класів структури протеїна. Вони ілюструють лише незначну частину з сотень відомих мотивів. Але число можливих способів згортання протеїнів не безмежне. Хоча швидкість, з якою розшифровують структури нових протеїнів, постійно зростає, однак частка структур, що містять новий мотив, зменшується. Досі в усіх протеїнах знайдено менш ніж 1000 різних мотивів. На рис. 4-22 також показано, якою може бути структура протеїнів у випадку наявності різних мотивів. Два найвищі рівні організації, класі згортка, грунтуються тільки на особливостях структури. На нижчому рівні класифікація протеїнів провадиться на основі еволюційної спорідненості.

Зараз відомо багато прикладів структур доменів або мотивів, що повторюються; це свідчить про те, що третинна структура білків консервативніша, ніж первинна. Отже, порівняння структур протеїнів може надати багато інформації щодо еволюційних закономірностей.    Протеїни зі значною подібністю амінокислотних послідовностей і/або явною подібністю структури та функцій належать до однієї родини протеїнів. Всередині родини звичайно можна прослідкувати чіткі еволюційні зв’язки. Наприклад, родина ґлобінів включає багато різних протеїнів, які за структурою і амінокислотною послідовністю подібні до міоґлобіну (як це видно на прикладі протеїнів, наведених у Додатку 4-4 та наступному розділі). Дві або більше родини з незначною подібністю первинної послідовності іноді містять однаковий більший структурний мотив і виявляють функціональну подібність; такі родини згруповують у надродини. Еволюційна спорідненість між родинами в надродинах вважається ймовірною, навіть коли час і функціональні відмінності - як наслідок різних адапційних тисків - могли згладити багато споріднених послідовностей. Певна родина протеїнів може бути поширена в усіх трьох царствах клітинних організмів - Бактерій, Археа і Еукаріотів, це свідчить про її дуже давнє походження. Інші родини можуть існувати лише в малих групах орґанізмів, це вказує на відносно недавнє виникнення такої структури. Простежування природної історії структурних мотивів з використанням класифікації структур в базах даних типу SCOP є важливим доповненням до аналізу послідовностей при встановленні багатьох еволюційних зв’язків.

База даних SCOP заповнюється вручну, протеїни відносять до відповідних еволюційних груп на підставі наявності консервативних структурних особливостей. Дві подібні бази, САТН (з анг. - class, architecture, topology and homologous superfamily, тобто клас, архітектура, топологія і гомологічна надродина) і FSSP (з анг. - fold classification based on strusture-structure alighnment of proteins, тобто, класифікація згорток, що ґрунтується на вирівнюванні структур протеїнів) використовують більш автоматизовані методи і можуть надавати додаткову інформацію.

Структурні мотиви набувають особливої важливості у разі визначення родин та надродин протеїнів. Розвиток систем класифікації і порівняння протеїнів веде до встановлення нових функціональних спорідненостей між ними. Враховуючи центральну роль протеїнів у живих системах, такі структурні порівняння можуть бути корисними для вирішення багатьох біохімічних проблем, від еволюції окремих протеїнів до еволюційної історії цілих метаболічних шляхів.