POP (пирофосфат) как лиганд в структуре Inorganic Pyrophosphatase (идентификатор PDB 2BQY) из генома бактерии Helicobacter Pylori штамм J99 в программе Jmol


Для данного задания необходимо было выбрать лиганд в выданном мне белке. В своем белке с идентификатором 1YGZ лигандов я не нашел, их там не оказалось, поэтому мне выдали мой же белок, но с другим идентификаторов PDB - 2QBY (видимо снятая другим структура). Там имеется единственный лиганд - это неорганический пирофосфат-ион.
  • Его названия:
  • Пирофосфат-ион
  • Pyrophosphate - английское название
  • POP - название в файле PDB
Функция данного лиганда - двояка. С одной стороны он вместе с катионом магния Mg2+ образует истинный субстрат для данного белка в то время, как свободный пирофосфат может быть потенциальным ингибитором белка. Функция белка - расщепление пирофосфат-иона до двух ортофосфат ионов. Структура пирофосфат-иона показана на рисунке 1. img1

Рисунок 1. Структура пирофосфат-ион (POP). Оранжевый - фосфор, красный - кислород.

Лиганд меняет структуру белка, закручивая b-слои и образуя так называюмую b-бочку (beta-barrel). Структура приведена на рисунке 2. img2

Рисунок 2. Структура активного центра белка, b-тяжи покрашены в синий цвет, лиганд - желтый, вода - красный.

img3

Рисунок 3. Внешний вид структурного центра (получено при помощи RCSB PDB Protein Workshop).

Далее я углубился в структуру активного центра, и мне удалось найти аминокислоты непосредственно координирующие лиганд. Хочется заметить, что все расстояние от лиганда до атомов радикалов с дефицитом/избытком электронной плотности меньше 3.5А, что дает нам право говорить, что связи водородные. Далее я привел рисунок 4, на нём цветом изображено следующее:
  • Lys28:A - 28 остаток лизина А-единицы - желтый
  • Lys103:A - 103 остаток лизина А-единицы - зелёный
  • Asp101:A - 101 остаток аспарагиновой кислоты А-единицы - синий
  • Tyr54:A - 54 остаток тирозина А-единицы - чёрный
  • Asp69:A - 69 остаток аспарагиновой кислоты А-единицы - коричневый
img4

Рисунок 4. Структура активного центра белка, подробное описание в тексте.

Далее я приведу скрипт, с помощью которого можно получить данное изображение:
  • select all
  • cartoon off
  • wireframe 100
  • color translucent 10
  • select [LYS]28:A
  • color yellow
  • select [LYS]103:A
  • color green
  • select [ASP]101:A
  • color blue
  • select [TYR]54:A
  • color black
  • select [ASP]69:A
  • color brown
img5

Рисунок 5. Точная структура активного центра. Изображение получено с помощью RSCD PDB Ligand Viewer. Фиолетовый - водородная связь, синяя мостиковая водородная связь через молекулу воды.

В качестве дополнительного задания было предложено:
Предложите возможные замены для достижения двух приведенных ниже целей и обоснуйте, почему Вы считаете актуальными именно их:
Потеря белком способности связывать лиганд, с которым Вы работали в задании №2.
Сохранение белком способности связывать лиганд, с которым Вы работали в задании №2. I. Для потери белком возможности связывать лиганд, если несколько способов:
  1. Можно убрать аспарагиновые кислоты, превратив их в амиды, что снимет заряд и изменит конформацию активного центра, тем самым сделав невозможных связывание пирофосфат-иона.
  2. Можно попробовать подействовать на лизины, просто добавив анионы, например Cl-. В pH до 8,5 все лизины имеют в радикале NH3+, и поэтому с удовольствием присоединят хлор, сделав невозможных взаимодействие этой аминокислоты с лигандом.
  3. Можно попробовать подействовать на ДНК, заменив хотя бы один нуклеотид. В генетическом кода Lys кодируется AAA и AAG. Последний нуклеотид заменять бессмысленно, так как мы получим Arg (AAU, AAC), который в радикале также несет заряд, поэтому будет способен связывать лиганд. Можно заменить 1 нуклеотид, например на G, получив Glu (которая несет другой заряд и, наоборот, будет отталкивать лиганд, который тоже несет отрицальный заряд на кислороде). Также можно поменять центральный нуклеотид на T( в РНК на U), что превратит эту аминокислоту в алимфатический Ile, не несущий заряд.
Просвиров Кирилл. 2013.