Рис 1. Модель протеасомы, раскраска по цепям. Отмечены субъединицы: альфа, бета и PA26.
|
|
Скачать все скипты архив.
Иван Калугин, Василиса Ралдугина, Юлия Петрова
Исследуемый белок - 20s архейная протеасома в комплексе с активирующим её белком PA26 из Trypanosoma brucei[1]. Основные сведения об исследуемом объекте:
Протеасома - это белковый комплекс, который играет очень важную роль в жизни клетки, осуществляя контролируемую деградацию белка в клетке. В клетке этот белок представлен в виде гомодимера[7]. Белки, которым суждено попасть в протеасому, помечаются специальным белком убиквитином[8]. Такая система деградации белков называется убиквитин-зависимой, её краткая схема приведена на рисунке 3 (посредством белков e1,e2,e3 осуществляется полиубиквитинирование).
Согласно результатам работы данного скрипта не обнаружено ни одной ковалентной связи между цепями и, очевидно, половинами протеасомы. Вследствие того, что нековалентные взаимодействия широко представлены, представляется возможным сказать, что протеасома является довольно гибкой структурой в отношении сборки и функционирования.
Межмолекулярные водородные связи широко представлены в изучаемом объекте. Для того, чтобы их найти посредством Jmol, мы 1) применили команду "set hbondsRasmol FALSE", чтобы оказалось возможным найти водродные связи, образованные боковыми цепями аминокислот; 2) с помощью скрипта просмотрели различные комбинации субъединиц протеасомы (цепей и половин) на наличие между ними водородных связей.
Неудивительно, что пространственная структура каждой "полуединицы" стабилизирована большим количеством межмолекулярных водородных связей, в основом с участием боковых радикалов аминокислот. Объединение двух "полуединиц" обеспечено 141 водородной связью согласно алгоритму Jmol. По одному примеру для каждого взаимодействия приведены в апплете.
Солевые мостики возникают за счёт электростатического притяжения двух противоположно заряженных аминокислот, Glu- и Asp- против Arg+ и Lys+, если расстояние между центрами зарядов не больше 4 Å[10]. Принимая во внимание эти требования, мы разработали несколько скриптов, чтобы пронаблюдать предполагаемые солевые мостики. Было обнаружено 28 солевых мостиков между "полуединицами", большинство из которых не перекрывалось с водородными связями. Межцепочечные солевые мостики в пределах одной "полуединицы" практически не представлены: в каждом предполагаемом взаимодействии участвует в среднем по три атома от каждой цепи. Эти данные были получены посредством данного скрипта.
Напрашивается очевидный вывод: солевые мостики не вносят значительного вклада в стабилизацию четвертичной структуры протеасомы, нерегулярные проявления, возможно, возникли в результате нативного процесса сборки комплекса или несовершенства алгоритма поиска. Два предполагаемых солевых мостика показаны в апплете.
Сервис CluD[11] показал наличие 69 гидрофобных ядер (ссылка на скрипт), самое крупное из которых содержит 7446 атомов (рис. 4). В целом, ядра располагаются практически равномерно по всей протеасоме, что наводит на мысли о том, что гидрофобные структуры используются в основном для поддержания структуры (рис. 5), но если внимательнее приглядеться, можно заметить, что большая часть гидрофобных структур экспонирована в полость белка (рис 6). Возможно, такое строение протеасомы позволяет более эффективно расщеплять белки.
Удалось найти исследование[12], обнаружившее, что добавление экзогенного глицерина усиливало активность протеасом. Однако кажется маловероятным, что глицерин оказывает непосредственное регулятивное воздействие на протеасому: скорее всего он играет роль поддержания структуры. Но данное утверждение является лишь предположением.
Глицерин не связывается ковалентно с белком, образование солевых мостиков при физиологических значениях pH невозможно. Но водородные связи с белком присутствуют и показаны в скриптах апплета.
К сожалению, не удалось найти литературы, связанной с ролью сульфат-иона в протеасоме, но возможно предположить, что за счет образуемых водородных связей данная молекула способна стабилизировать структуру белка. Или же появление этих молекул в pdb файле связано с процессом получения данных о структуре (например, методика кристаллизации белка подразумевает использование сульфат-ионов).
Водородные связи с белком обнаружены и отображены средствами JSMol на сайте, солевых мостиков обнаружено не было (fлгорим поиска: множество атомов [GLU].OE1 и [ARG].CZ на расстоянии менее 4 Å от иона, обнаруженная связь не должна являться уже рассчитанной водородной).
Иван работал над белок-белковыми контактами за исключением гидрофобных взаимодействий, разработал соответствующие скрипты, оформил отчёт и разместил его на своём сайте;
Юлия и Василиса работали над лиганд-белковыми контактами и гидрофобными взаимодействиями, разработали соответствующие скрипты, написали обзор и создали иллюстрации.