Обзор
Лектины — белки и гликопротеины, обладающие способностью высокоспецифично связывать остатки углеводов на поверхности клеток, в частности, вызывая их агглютинацию. Лектины нередко участвуют в клеточном распознавании, например, некоторые патогенные микроорганизмы используют лектины для прикрепления к клеткам поражённого организма. [1]Изученный нами PA-IIL (PDB ID: 4CE8; Uniprot ID: Q9HYN5 (Q9HYN5_PSEAE)) является фукоза-связывающим лектином бактерии Pseudomonas aeruginosa, тесно связанным с факторами вирулентности данной бактерии. [2] Также нам удалось выяснить, что данная патогенная бактерия Pseudomonas aeruginosa синтезирует фукозоспецифический лектин LecB, участвующий в прикреплении тканей и образовании биопленок. [3] Опираясь на эти данные, мы предположили, что и PA-IIL также имеет сходную функцию.
Как говорилось ранее, PA-IIL был обнаружен у Pseudomonas aeruginosa. Синегнойная палочка (лат. Pseudomonas aeruginosa) — вид грамотрицательных подвижных палочковидных бактерий. Обитает в воде и почве, условно патогенна для человека, возбудитель нозокомиальных инфекций у человека. Лечение затруднительно ввиду высокой устойчивости к антибиотикам.
Pseudomonas aeruginosa обнаруживается при абсцессах и гнойных ранах, ассоциирована с энтеритами и циститами. P. aeruginosa является одним из самых распространённых возбудителей нозокомиальных инфекций ввиду того, что P. aeruginosa особенно легко поражает лиц с ослабленным иммунным статусом. Факторами патогенности P. aeruginosa являются наличие подвижности, токсинообразование, продукция гидролитических ферментов. Прогноз ухудшается высокой резистентностью к действию антибиотиков. [4]
Колониям P. aeruginosa свойственно образовывать биоплёнки, представляющие собой сложные бактериальные сообщества, которые прилипают к различным поверхностям, включая металлы, пластмассы, медицинские имплантационные материалы и ткани. Биоплёнки значительно повышают жизнеспособность бактерии, потому что как только они образуются, их очень трудно разрушить. В зависимости от их местоположения биоплёнки могут быть полезными или вредными для окружающей среды. Например, биоплёнки, обнаруженные на скалах и галечниках под водой озер и прудов, являются важным источником пищи для многих водных организмов. Напротив, те, которые образовывались в водопроводных трубах, могли вызывать засорение и коррозию. [5] Описанный нами лектин PA-IIL как раз участвует в образовании подобных биоплёнок.
Именно поэтому изучение фукоза-связывающих лектинов, таких как PA-IIL, является необходимым и принципиально важным, ведь понимание их структуры и, как следствие, функции способствует определению и созданию наиболее эффективных методов борьбы с такими бактериями, как P. aeruginosa.
3D модель белка
Легенда:
- Химические элементы:
- Белый - Водород
- Серый - Углерод
- Красный - Кислород
- Синий - Азот
- Жёлтый - Сера
- Зелёный - Кальций
Водородные связи
Водородная связь - это взаимодействие между атомом водорода в молекуле или атомной группе X-H, где X является более электроотрицательным атомом, чем водород, и атомом или группой атомов в той же или другой молекуле, у которого существуют признаки формирования ковалентной связи. [6]Водородная связь характеризуется длиной связи в 2.8-3.5 Å и углом 180° +/- 35°. Для нахождения водородных связей в PA-IIL с помощью jMol мы использовали команду ‘calculate hbonds’.
Солевые мостики
Солевые мостики (ионная связь) — сильная химическая связь, возникающая в результате электростатического притяжения катионов и анионов - образующаяся между атомами с большой разностью (>1,7 по шкале Полинга) электроотрицательностей, при которой общая электронная пара переходит преимущественно к атому с большей электроотрицательностью. [7]Ионная связь характеризуется длиной связи в среднем до 4 Å. Для поиска ионных связей в jMol необходимо выделить все положительно и отрицательно заряженные частицы, а далее отобрать те, связь которых не превышает 4 Å (select within(group, within(4.0, positive) and negative) or within(group, within(4.0, negative) and positive)).
Так получилось, что ближайшие заряженные атомы в белке (аминокислоты [ARG]72:A и [ASP]96:A) расположены на расстоянии 6.57 Å, что слишком много для образования ионной связи.
Гидрофобные ядра
Гидрофобное ядро - область пространства с высокой плотностью боковых цепей гидрофобных аминокислот. Гидрофобные взаимодействия играют ключевую роль в сворачивании белковой глобулы. [6] Для нахождения гидрофобных ядер мы прибегали к использованию специально разработанного сайта. [8]Чтобы полностью закрыть [TRP]111:A, одну из аминокислот представленного ядра, понадобиться отойти от неё на расстояние в 8 Å. Причём центры атомов, упакованных вокруг триптофана, расположены от него на расстоянии в среднем 3 - 4 Å. Таким образом поместить лишнюю молекулу или атом внутрь ядра не получится. Для этого потребовалось бы расстояние около 6.5 Å. Например, если поместить атом кислорода между двумя углеродами.
Лиганды
В биохимии и фармакологии лиганд — это химическое соединение (часто, но не всегда, малая молекула), которое образует комплекс с той или иной биомолекулой (чаще всего белком, например клеточным рецептором, но иногда, например, с ДНК) и производит, вследствие такого связывания, те или иные биохимические, физиологические или фармакологические эффекты. [9] Важнейшую роль в белке играют Кальций и Фукопираноза, т. к. образуют функциональные комлексы с каждой из цепей.Личный вклад
- Кьяра Макиевская - Обзор белка, описание белок-белковых связей, описание лиганд-белковых связей.
- Екатерина Бердникович - Исследование водородных связей, исследование солевых мостиков, исследование гидрофобного ядра.
- Захар Раздобарин - Оформление сайта, написание скриптов, описание лигандов.
Ссылки
- [1] Лектины (https://ru.wikipedia.org/wiki/Лектины)
- [2] Статья «High affinity fucose binding of Pseudomonas aeruginosa lectin PA-IIL: 1.0 A resolution crystal structure of the complex combined with thermodynamics and computational chemistry approaches» (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15573375)
- [3] Статья «Inhibition and dispersion of Pseudomonas aeruginosa biofilms by glycopeptide dendrimers targeting the fucose-specific lectin LecB» (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19101469)
- [4] Синегнойная палочка (https://ru.wikipedia.org/wiki/Синегнойная_палочка)
- [5] Синегнойная палочка (https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Pseudomonas_aeruginosa)
- [6] Информация с лекции по данным IUPAC, 2011. (https://vsb.fbb.msu.ru/share/aozalevsky/fbb/2018/jmol/aozalevsky_jmol.pdf)
- [7] Ионная связь (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ионная_связь)
- [8] Утилита поиска гидрофобных ядер (http://mouse.belozersky.msu.ru/npidb/cgi-bin/hftri.pl)
- [9] Лиганд (в биохимии) (https://ru.wikipedia.org/wiki/Лиганд_(биохимия))
- [10] Скрипты: Hydrogen bonds, Ion bonds, Hydrophobic Core, Lygands