Восстановление кристалла из PDB файла
Взаимодействия с белками из соседних ячеек
В данном задании было продолжено исследование белка, выбранного ранее.
Для начала стоит привести кристаллографические характеристики из записи PDB (файл pdb4zf7.ent, поле CRYST1):
- Длины направляющих векторов кристалла: a = 92.938 Å, b = 92.938 Å, c = 89.352 Å;
- Углы между векторами: α = 90.00°, β = 90.00°, γ = 120.00°;
- Кристаллографическая группа: P 32 2 1, где Р означает примитивную ячейку, 32 — винтовую ось симметрии в 3-мерном случае (поворот на 120° и сдвиг на 2/3 трансляции), 2 - ось симметрии с поворотами вокруг нее на 180°, 1 - отсутствующий элемент симметрии (можно сократить в обозначении группы);
- Число молекул в ячейке: 12.
На Рис. 1 и 2 ниже представлены восстановленные в PyMOL изображения частей кристалла. Для восстановления были взяты образы, находящиеся не далее, чем на 100 Å от исходной структуры (4zf7). На обоих рисунках ярко-красным покрашена исходная структура и ячейка, относительно которой строился кристалл. Восстановленные структуры покрашены по их расположению в ячейках (всего получилось 6 групп структур).
Рис. 1. Изображение части кристалла, выполненное в PyMOL |
Рис. 2. Изображение молекул, входящих в состав одной кристаллической ячейки, выполненное в PyMOL |
Если рассмотреть Рис. 2, то становится понятно, что отдельная ячейка образована 20 структурами, большинство из которых лежит еще как минимум в одной ячейке, но тех, которые лежат преимущественно в одной ячейке, действительно 12.
Рис. 3. Исходная структура и ее соседи
Из-за особенностей ячейки, указанных выше, будет более корректно рассматривать взаимодействие белка с соседями. Для анализа была выбрана исходная структура (4zf7). Как видно из Рис. 3, на котором она выделена ярко-красным, эта структура соседствует с 6 повторными, которые пронумерованы на Рис. 3. Для каждого из этих соседей (Рис. 4-9) были визуализированы водородные связи с расстоянием не более 3.5 Å между полярными атомами белков. Молекулы воды не учитывались.
Рис. 4. Водородные связи между 4zf7 и соседом с номером 1 |
Рис. 5. Водородные связи между 4zf7 и соседом с номером 2 |
Рис. 6. Водородные связи между 4zf7 и соседом с номером 3 |
Рис. 7. Водородные связи между 4zf7 и соседом с номером 4 |
Рис. 8. Водородные связи между 4zf7 и соседом с номером 5 |
Рис. 9. Водородные связи между 4zf7 и соседом с номером 6 |
В случаях 1, 3 и 4 присутствуют всего по две водородные связи. В случае 5 водородных связей вообще нет (близкое соседство не гарантирует связей). В случаях 2 и 6, когда 4zf7 соседствует со структурами в "желтой" конформации, наблюдается самое большое число водородных связей — 24. Можно предположить, что только эти два случая имеют биологический смысл, остальные же — артефакты кристаллизации, что особенно видно в случае 1, когда в обеих структурах связь образуется между двумя одинаковыми остатками.
Странное расположение белковых цепей в структуре ДНК-белкового комплекса
Для иллюстрации явления была выбрана структура 3hdd. Эта структура, полученная из организма Drosophila melanogaster, представляет собой участок двуцепочечной ДНК в комплексе с двумя полипептидными цепями, одна из которых в структур находится "на краю" ДНК.
Рис. 10. Визуализация структуры 3hdd
С помощью PyMOL была восстановлена ячейка, соседствующая с "краевой" белковой цепью. Оба состояния — до и после восстановления — представлены на Рис. 10. Из полученного изображения видно, что "краевая" цепь (отмечена как В на рисунке) взаимодействует с ДНК не только своей, но также и соседней ячеек, поэтому не находится на краю на самом деле. Можно заметить также, что цепь ДНК прерывается на стыке ячеек, однако это вызвано только несовершенством отображения, и цепь ДНК едина.
Несовпадение асимметрической и биологической единиц
Асимметрическая единица — наименьшая структурная единица кристалла, из которой можно восстановить весь кристалл при помощи операций симметрии. Она содержит уникальную часть кристаллической структуры, которая используется кристаллографом для уточнения координат структуры по экспериментальным данным и не обязательно представляет собой целую биологически функциональную структуру.
Биологическая единица — структура макромолекулы, для которой было показано или предсказано наличие физиологической функции.
Таким образом, биологическая единица может состоять из одной, нескольких асимметрических единиц или из части асимметрической единицы. Примеры таких явлений были проиллюстрированы ниже.
В структуре цитозильной серил-тРНК синтетазы из растения — резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana, 6gir) асимметрическая единица является мономером, а биологическая — димером, что показано на Рис. 12.
Рис. 11. Визуализация структуры 6gir.
А — биологическая единица, В — асимметрическая единица
Примером обратной ситуации служит структура пероксисомальной SCP2-тиолазы (тип 1) аквариумной рыбки Данио Рерио (Danio Rerio, 6hrv). Биологическая и асимметрическая единицы этого белка показаны на Рис. 12.
