Атлас контактов

Введение

2F01 Эпи-биотиновый комплекс со стрептавидиновым ядром.
Описываемая на этой странице биомолекула найдена у Streptomyces avidinii в ноябре 2005 года (authors: Le Trong, I., Aubert, D.G., Thomas, N.R., Stenkamp, R.E.). Streptomyces avidinii-это вид бактерии из рода Стрептомицетов, которые производят стрептавидин.
В составе биомолекулы находятся два белка, а также семь лигандов, более подробно о которых рассказывается ниже.
Выбранная нами структура была получена с помощью рентгеноструктурного анализа в высоком разрешении(0.85A) с целью исследования взаимодействий экспериментального лиганда эпи-биотина с молекулой стрептавидина, натурального белкового клеточного рецептора для биотина. В структуре показана суперпозиция лигандов BTQ и BTN в участке связывания с рецептором. Также отображены изменения в конфоромации тетрагидротиофенового кольца при замене биотина на эпи-биотин, а так же вызванные этим небольшие изменения в связывании лигандов с рецептором. Для понимания строения 2F01 можно использовать несколько моделей, которые демонстрирует апплет:

[Текст скрипта]

Расшифровка цветовой гаммы: Мятный - Белковая цепь А Охра - Белковая цепь В Темно-зеленый - гидрофобное ядро, принадлежащее цепи А Палево-розовый - гидрофобное ядро, принадлежащее цепи В

Информация о белок-белковых контактах

JMol Апплет

На Апплете мы можем увидеть водородные связи между А и В цепями биомолекулы (первый и второй кадры); ионные связи, или солевые мостики, соединяющие два белка (третий и четвертый кадры); три межбелковых гидрофобных ядра, одно большое и два маленьких (пятый кадр); выходы гидрофобных ядер на поверхность белка (шестой кадр). К сожалению, ковалентных межбелковых связей не существует, поэтому возможности их продемонстрировать нет.
Предполагается, что все эти связи удерживают два белка рядом друг с другом, обеспечивая целостность биомолекулы.

[Текст скрипта]

Расшифровка цветовой гаммы: Мятный - Белковая цепь А Охра - Белковая цепь В Темно-зеленый - части общих гидрофобных ядер, принадлежащие цепи А Палево-розовый - части общих гидрофобных ядер, принадлежащие цепи В

Немного о поиске контактов и типах связи

С помощью JMol и функции within легко найти водородные и ионные связи между белками. Кроме того, можно подтвердить полученные данные с помощью некоторых интернет ресурсов, например PIC(1). Гидрофобные ядра мы находили в прошлом практикуме, поэтому алгоритм нахождения уже известен, необходимо лишь получить информацию с сервиса CRUD(2).
Стоит немного рассказать и о типах контактов. Водородная связь - это связь, возникающая между двумя электроотрицательными атомами за счет атома водорода, который соединен с одним из электроотрицательных атомов ковалентно. Водородная связь примерно в 10 раз слабее, чем ковалентная. Если водородные связи повторяются многократно, то они удерживают полипептидные цепочки с высокой прочностью(3). К типам связей, носящих электростатический характер, также относятся ионные связи (солевые мостики). Солевой мостик близок по своей природе к водородной связи. Он возникает между N- и С-концевыми аминокислотами, а также между карбоксильными группами кислых аминокислот и аминогруппами основных аминокислот, которые в растворе, как правило, находятся в ионизированном состоянии. Ионные связи являются наиболее дальнодействующими (4). О гидрофобных ядрах уже упоминалось в практикуме 2(5). С помощью вышеупомянутого интернет-ресурса были получены некоторые данные, описывающие водородные (рис.1) и ионные (рис.2) связи между цепями биомолекулы.
Рисунок 1.


Рисунок 2.

Информация о лиганд-биомолекулярных контактах

Общая информация о лигандах

Из представленной ниже таблицы вы можете получить общее представление о типах лигандов, присутствующих в биомолекуле. (0)

Общая информация о лигандах
ID	DrugBank ID	Chains	Name / Formula	2D Diagram
BTN	DB00121	A, B	BIOTIN / C10 H16 N2 O3 S
BTQ	DB04650	A, B	EPI-BIOTIN / C10 H16 N2 O3 S
GOL	DB04077	A, B	GLYCEROL / C3 H8 O3

На рисунках 3-4 представлена информация, подробно характеризующая каждый из трех типов лигандов:
Рисунок 3.


Рисунок 4.


Рисунок 5.

Кроме того, на апплете ниже представлены все лиганды биомолекулы.

[Текст скрипта]

Расшифровка цветовой гаммы: Мятный - Белковая цепь А Охра - Белковая цепь В Золотой - лиганды типа [GOL] Серебряный - лиганды типа [BTN] Бронзовый - лиганды типа [BTQ]

Более подробно о BTQ(BTN)-лигандах(9)((10))

Как вы можете видеть на модели, лиганд BTQ образует с биомолекулой водородные связи, а также удерживается в составе комплекса за счет гдрофобных взаимодействий и действия сил Ван-дер-Ваальса. Предположения о местонахождении водородных связей были подтверждены с помощью сервиса Ligand Explorer (7). (0)

[Текст скрипта]

Биотин - водорастворимый витамин группы B, широко распространенный как лиганд в составе полипептидов и белков в клетках млекопитающих. Молекула биотина состоит из тетрагидроимидазольного и тетрагидротиофенового кольца, в тетрагидротиофеновом кольце один из атомов водорода замещён на валериановую кислоту. Биотин используется в процессе роста клетки, проиизводстве жирных кислот, метаблизме жиров и аминокислот, также играет роль вцикле Кребса; участвует в фиксации диоксида углерода. Идентичен по химическому составу с эпи-биотином. Эпи-биотин отличается от биотина конфигурацией хирального центра на атоме C2. Более подробно о GOL-лигандах(11) Как видно из данной модели, между лигандом GOL и биомолекулой существуют 3 типа взаимодействий: водородные связи, гидрофобные взаимодействия и действия сил Ван-дер-Ваальса (для построения апплета расположение водородных связей и гидрофобных взаимодействий было найдено с помощью сервиса Ligand Explorer). Глицерин (он же пропантриол-1,2,3) – простейший представитель трёхатомных спиртов. В чистом виде это бесцветная, вязкая, сладкая на вкус жидкость, хорошо растворимая в воде. (0)

[Текст скрипта]

Глицерин широко применяется человеком: в пищевой промышленности, медицинской промышленности, производстве моющих и косметических средств, электротехнике и радиотехнике (в качестве флюса при пайке), сельском хозяйстве и многих других сферах. Глицерин используют как стабилизатор, так как он способен сохранять и увеличивать степень вязкости и консистенции пищевых продуктов. Также глицерин - эмульгатор, при помощи которого смешиваются различные несмешиваемые смеси. Что касается биологической роли глицерина, то триглицериды (производные глицерина) являются важными компонентами в процессе обмена веществ в живых организмах. (6)

Литература

(0) RCSB PDB. An Information Portal to 127020 Biological Macromolecular Structures
(1)P I C : Protein Interactions Calculator
(2)Hydrophobic Clusters in 3D structures
(3)Молекула белка. Типы связей, пространственная организация
(4)StudFiles. Файловый архив студентов
(5)Практикум 2. или Статья о белках
(6)Статья о глицерине в Википедии
(7)Launching RCSB - Ligand Explorer (8)FirstGlance in Jmol - поиск соляных мостиков
(9)RCSB PDB. BTQ
(10)RCSB PDB. BTN
(11)RCSB PDB. GOL

Личный вклад

Совместными усилиями Серебренникова Мария (maruerser) и Васильева Лилия (liliavasilyeva) нашли несколько подходящих биомолекул, из которых Козюлина Светлана (s.kozyulina) выбрала две, максимально удовлетворяющие условиям. Затем все участники группы тщательно просмотрели общедоступные и известные источники, описывая найденную информацию во введении. Кроме того, серебренниковой Марией был написан скрипт, демонстрирующий различные свойства биомолекулы.
Общая информация о Лигандах была найдена и описана Васильевой Лилией. Скрипт, демонстрирующий общее расположение лигандов в биомолекуле, а также вид каждого лиганда, был написан Серебренниковой Марией.
Скрипт, необходимый для анализа белок-белковых контактов, описание полученных в процессе данных и важная для понимания явлений информация были написаны Серебренниковой Марией. Аналогичные действия для лиганд-биомолекулярных контаков были проделаны Васильевой Лилией(рассмотрены [BTQ] и [BTN] лиганды) и Козюлиной Светланой (Рассмотрены [GOL] лиганды).
Все участники группы приводят ссылки на используемые ресурсы. Оформление страницы, ее структура, а также сопроводительные материалы написаны Серебренниковой Марией.

© Serebrennikova Maria 2017