3HDD представляет собой структуру ДНК-белкового комплекса. Разрешение 2.2 A, количество молекул в ячейке 8, симметрия C 1 2 1 (моноклинная пространственная группа). Её изображение приведено на рис.1,2:
Рис.1 - Статичная модельРис.2 - Вращающаяся модель
Видно, что ближе всего к краю ДНК находится цепь белка B. Реконструкция расположенных рядом молекул (ближе 5 ангстрем, с помощью команды symexp) привела к появлению еще 8 идентичных комплексов, расположенных со сдвигом. Так как в заголовке .pdb указано 8 молекул в ячейке, видимо, один из комплексов - уже из соседней ячейки.
Рис.3 - Изображение соседних модекул
Для дальнейшего рассмотрения была оставлена цепь белка B, и находящиеся рядом фрагменты ДНК и белковые цепи (здесь понятие "рядом" определялось на глаз, избыточно и с целью упрощения работы).
Рис.4 - Фрагмент модели для поиска межмолекулярных контактов с цепью B белка.
Длина водородной связи составляет 1.5-2.5 ангстрема, но принято брать длину водородной связи "с запасом". Поэтому будем считать атомы связанными водородной связью, если расстояние между ними меньше 3.6 ангстрем.
Рис.5 - Атомы, находящиеся на расстоянии водородной связи от цепи B (отмечены желтым)
Рис.6 - Атомы цепи B, находящиеся на расстоянии 3.6 ангстрем от соседних молекул.
Рис.7 - Детальное рассмотрение связи аргинина с соседней ДНК.
Интересные результаты дает пространственное выравнивание двух цепей белка B и A. Из-за того, что ДНК кристаллизовалась так, что не точно повторяет нормальную структуру, имеет небольшой изгиб, радикалы одинаковых аминокислот присоединенных белков имеют разное положение для случаев на краю или в середине молекулы. Отклоняющиеся по положению аминокислоты участвуют в формировании водородных связей с ДНК или соседними по ячейке белками:
Рис.8 - Выранивание двух цепей.
Часть 2
Рассмотрим межмолекулярные контакты в кристалле белка 1ST9.
Для начала интересно посмотреть на структуру кристалла, его симметрию. Это можно сделать, например, восстановив соседние молекулы в модели PDB (команда symexp PyMol). Для оптимального просмотра я восстановила все соседние молекулы на расстоянии минимум в 19 ангстрем, а также кристаллографическую ячейку из omap-файла (см. предыдущее задание). Видно, что такой способ изображения - удачный, позволяет увидеть все молекулы в ячейке, а также в непосредственной близости от неё.
Рис.1 - Структура кристалла, реконструкция symexp PyMol на расстоянии 19 ангстрем, изображение методом surface, красный цвет соответствует исходной молекуле модели.
Белок имеет непростую гантелевидную форму, поэтому трудно представить себе строение кристалла по его изображению любым из методов PyMol (пусть даже и лаконичным методом surface). Для большей наглядности я изобразила геометрические центры каждой молекулы в трех проекциях ячейки. В одной проекции молекулы расположены по вершинам и в центре шестиугольной звезды. В остальных проекциях молекулы расположены по вершинам прямоугольников.
Рис.2 - Геометрические центры молекул.
Для рассмотрения межмолекулярных контактов я оставила только центральную молекулу и соседние, находящиеся на расстоянии как минимум 5 ангстрем. Как видно из рисунка 3, такие условия дают только те молекулы, которые находятся в непосредственном контакте с данной.
Рис.3 - Реконструкция symexp на расстоянии 5 ангстрем. Ярко-красным и ярко-синим изображены участки на расстоянии менее 3.6 ангстрем. Светло-голубым - 5 ангстрем.
На изображении аминокислотных остатков, расположенных на расстоянии меньше 3.6 ангстрем, видно, что для данной молекулы всего наблюдается 4 зоны контактов.
Рис.4 - Остатки на расстоянии до 3.6 ангстрем между соседями.
Рассмотрим все эти зоны отдельно. Для поиска полярных контактов можно использовать функцию distance PyMol (mode=2), предварительно установив h_bond_cutoff не менее 3.6 ангстрем.
Зона рисунка справа соответствует взаимодействию цепи B данной молекулы и цепи A соседа.
Типичное полярное взаимодействие, которое, скорее всего, является водородной связью между молекулами кристалла - SER162'OG цепи B центральной (красной) молекулы и ASP135'OD2 цепи A соседней (желтой) молекулы. Интересно, что на достаточном расстоянии для взаимодействия также расположена пара ASP135 - MET163, но по каким-то причинам не распознается функцией distance как полярный контакт, хотя водородная связь с серой метионина вполне возможна.
Рис.5 - Типичная водородная связь, найденная distance PyMol (cutoff 3.6) и возможная связь с метионином, не найденная distance.
Оставшаяся поверхность взаимодействия содержит множество потенциальных водородных связей.
Рис.6 - Водородные связи, найденные distance (детализация правой части рисунка 4).
Зона рисунка слева соответствует взаимодействию цепи A данной молекулы и цепи B соседа. Нетрудно убедиться, что здесь взаимодействия "симметрично противоположны" - т.е. все те же самые, что и на картинке выше.
Для их получения можно отразить по вертикали и горизонали взаимодействия с рис. 5.
Рис.7 - Водородные связи, найденные distance (детализация левой части рисунка 4, видно соответсвие с рис.6).
Зона поверхности контактов сверху является более интересной. В ней цепь A данной молекулы взаимодействует с цепью B соседа, а цепь B - с A. Водородные связей - большое количество.
Рис.8 - Водородные связи, найденные distance (детализация верхней части рисунка 4).
Помимо водородных связей, присутствуют пи-взаимодействия.
Рис.9 - Примеры катионных пи-взаимодействий.
Взаимодействие на нижней стороны рисунка - такое же, как и только что описанное, но отраженное по вертикали и горизонтали. Интересно, что именно эти взаимодействия (рис. 8, 10) определяют расположение молекул по углам шестиконечной звезды (рис. 2). Благодаря им молекулы расположены не точно одна над другой, а с поворотом, как бы соприкасаясь узким участками гантель.
Рис.10 - Водородные связи, найденные distance (детализация нижней части рисунка 4, видно соответствие рис.8).
Выводы:
Молекулы в кристаллической структуре белка 1ST9 взаимодействуют, причем достаточно большими своими участками.
Наиболее типичное взаимодействие - водородная связь, менее типичное - катионное пи-взаимодействие.
Всего у белка 1ST9 4 зоны контакта, попарно "комплементарные" друг другу из-за симметрии кристалла.
Контакты между молекулами определяют симметрию кристалла.
