Страница четвертого семестра | Учебный сайт Екатерины Швецовой

Восстановление кристалла белков по PDB файлу

Восстановление кристалла белка 2OYU

В рамках данного практикума производилось восстановление кристалла белка циклооксигеназы-1 Ovis aries (pdb-код 2OYU). Данный белок является гомодимером, в файле pdb хранится структура только одной субъединицы из двух (ассиметрическая единица кристалла).

Кристаллографические характеристики структуры 2OYU указаны в поле CRYST1:
CRYST1 181.410 181.410 103.398 90.00 90.00 120.00 P 65 2 2 12

Эта строка обозначает следующее:

Длины направляющих векторов кристалла в Å: a=181.410, b=181.410, с=103.398
Углы между направляющими векторами: α=90, β=90, γ=120
Кристаллографическая группа: P 65 2 2
Число молекул в ячейке кристалла: 12

На рис. 1 представлены изображения кристалла белка (субъединицы основной кристалографической ячейки и несколько белков из соседних ячеек). Из-за большого количества субъединиц в ячейке визуализация кристалла не слишком наглядна, но всё равно можно заметить регулярность структуры кристалла.

Рис. 1. Восстановленная кристаллографическая ячейка белка 2OYU. Слева - изображение всех симметричных белков кристалла, находящихся на расстоянии 50 Å от исходного белка, справа - часть симметричных субъединиц скрыта. Красным цветом выделен исходный белок, бледно-голубым — белки кристалла, восстановленные с помощью симметрии. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

В непосредственной близости исходного белка находится вторая субъединица гомодимера. На рис. 2 можно увидеть несколько белков кристалла с выделенным димером (исходный белок + вторая субъединица).

Рис. 2. Изображение всех симметричных белков кристалла, находящихся на расстоянии 5 Å от исходного белка 2OYU. Красным цветом выделен исходный белок, синим - вторая субъединица гомодимера исходного белка, бледно-голубым — белки кристалла, восстановленные с помощью симметрии. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

Сначала были рассмотрены контакты исходного белка с второй субъединицей гомодимера. На рис. 3 и 4 можно видеть, что между этими белками существует 3 зоны контакта. (2 из них представлены одиночными водородными связями, а третья содержит 4 водородные связи, расположенные рядом).

Рис. 3. Контакты между субъединицами димера белка 2OYU. Красным цветом выделен исходный белок, синим - вторая субъединица гомодимера исходного белка, желтым пунктиром показаны водородные связи. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

Рис. 4. Контакты между субъединицами димера белка 2OYU (детальные изображения областей контакта). Красным цветом выделен исходный белок, синим - вторая субъединица гомодимера исходного белка, желтым пунктиром показаны водородные связи. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

Помимо контактов с второй субъединицей гомодимера, исходный белок контактирует только с одним белком кристалла. 2 водородные связи, обеспечивающие этот контакт, визуализированы на рис. 5.

Рис. 5. Другие контакты в кристалле белка 2OYU. Красным цветом выделен исходный белок, бледно-голубым - восстановленный при помощи симметрии белок кристалла, желтым пунктиром показаны водородные связи. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

Вероятно, что связи исходного белка с второй субъединицей гомодимера в кристалле важны для его димеризации в природе, а связи исходного белка с субъединицей другого димера в кристалле нужны для поддержания прочности кристалла.

Странное расположение белковых цепей в структуре ДНК-белкового комплекса 3HDD

Структура 3HDD содержит комплекс транскрипционного комплекса с ДНК. На рис. 6А изображена ассиметрическая единица структуры. Видно, что белок расположен очень странно - белковая цепь находится "на краю" ДНК. Но, если восстановить соседние ячейки (см. рис. 6В), можно заметить, что на самом деле молекула ДНК продолжается в обе стороны и белковая цепь вовсе не находится на краю ДНК, она просто попала на границу ассиметрической единицы, установленной исследователями.

Рис. 6. Изображение структуры 3HDD. А - ассиметрическая единица. В - структура с восстановленными частями из соседних ячеек. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

Ассиметрическая единица vs биологическая единица

Ассиметрическая единица (ячейка) кристалла - минимальная часть кристалла, с помощью которой можно восстановить весь кристалл с помощью операций кристаллографической симметрии. Ассиметрическая единица вовсе не всегда совпадает с биологической субъединицей (которая, в отличие от ассиметрической единицы, обязательно должна быть функциональна), как, например, рассмотренная выше структура 2OYU циклооксигеназы-1 содержала в качестве ассиметрической единицы только одну субъединицу функционального гомодимера. В PDB можно найти ещё много похожих примеров различия между ассиметрической и биологической единицами. Вот некоторые из них: структура 5HZ2 тетрамера PhaC1 Ralstonia eutropha (см. рис. 7), структура 5U02 тримерного белка TarS S. aureus (см. рис. 8).

Рис. 7. Структура 5HZ2 тетрамера PhaC1 Ralstonia eutropha. А - ассиметрическая единица. В - биологическая единица. Рисунок получен с помощью программы PyMOL.

Рис. 8. Структура 5U02 тримерного белка TarS S. aureus. А - ассиметрическая единица. В - биологическая единица (2 изображения с разных углов). Рисунок получен с помощью программы PyMOL.