Diffusive intracellular interactions: On the role of protein net charge and functional adaptation

胞浆 生物物理学 功能(生物学) 蛋白质-蛋白质相互作用 蛋白质聚集 细胞内 蛋白质折叠 生物 化学物理 化学 细胞生物学 生物化学
作者
Eloy Vallina Estrada,Nannan Zhang,Håkan Wennerström,Jens Danielsson,Mikael Oliveberg
出处
期刊:Current Opinion in Structural Biology [Elsevier BV]
卷期号:81: 102625-102625 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.sbi.2023.102625
摘要

A striking feature of nucleic acids and lipid membranes is that they all carry net negative charge and so is true for the majority of intracellular proteins. It is suggested that the role of this negative charge is to assure a basal intermolecular repulsion that keeps the cytosolic content suitably 'fluid' for function. We focus in this review on the experimental, theoretical and genetic findings which serve to underpin this idea and the new questions they raise. Unlike the situation in test tubes, any functional protein-protein interaction in the cytosol is subject to competition from the densely crowded background, i.e. surrounding stickiness. At the nonspecific limit of this stickiness is the 'random' protein-protein association, maintaining profuse populations of transient and constantly interconverting complexes at physiological protein concentrations. The phenomenon is readily quantified in studies of the protein rotational diffusion, showing that the more net negatively charged a protein is the less it is retarded by clustering. It is further evident that this dynamic protein-protein interplay is under evolutionary control and finely tuned across organisms to maintain optimal physicochemical conditions for the cellular processes. The emerging picture is then that specific cellular function relies on close competition between numerous weak and strong interactions, and where all parts of the protein surfaces are involved. The outstanding challenge is now to decipher the very basics of this many-body system: how the detailed patterns of charged, polar and hydrophobic side chains not only control protein-protein interactions at close- and long-range but also the collective properties of the cellular interior as a whole.
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