Описание структуры белка EosFP (Fluorescent Protein) - Green Form

PDB: 1ZUX<>Данный белок получен методом рентгеновской дифракции из организма Eschericia coli. Белок относится к группе флуоресцентных белков, которые могут сообщать о множестве событий и сигналов в клетках, тканях и целых органах, не вмешиваясь в сложный механизм жизни.

Существует три класса фотоактивируемых флуоресцирующих белков:

EosFP относится ко второму классу, то есть при облучении УФ-светом необратимо меняет окраску с зеленой на красную. Он был получен от склерактиновой коралловой Lobophyllia hemprichii, который переключает свое флуоресцентное излучение с зеленого (516 нм) на красный (581 нм) при облучении светом приблизительно 400 нм. Это свойство позволяет локализовать мечение белков и, таким образом, обеспечивает ценный инструмент для отслеживания движения белка в живых клетках. Показано, что образование красного хромофора связано с расщеплением пептидного остова, с удивительно небольшим изменением в других местах структуры. Нами было проведено мини-исследование зеленой формы данного белка.[1]

Описание низкомолекулярного лиганда

На расстоянии около 4 Å можно посмотреть на стэкинг-взаимодействия между остатком гистидина и ароматическим кольцом. Сопряженные pi-системы расположены боками друг к другу, что не так энергетически выгодно, как расположение друг над другом.

Стэкинг

Нами был найден стэкинг внутри белковой структуры, а также область, в которой гипотетически он мог бы образоваться, однако растояние превышает возможный порог, необходимый для образования взаимодействия. Наиболее наглядно это показано на модели, изображающей перекрывание Ван-дер-Ваальсовых радиусов.

Дисульфидные связи

Дисульфидная связь (мостик) - это ковалентная связь между двумя атомами серы аминокислоты цистеина, которая образуется в результате посттрансляционной модификации белка - окисления цистеина и его димеризации, вследствие чего образуется некодируемая аминокислота цистин. Посттрансляционная модификация цистеинсодержащих пептидов регулирует их биологическую активность. Цистин содержится в основном в белках, секретирующихся из клетки. Дисульфидные связи поддерживают вторичную и третичную структуры белка. Например, они обуславливают физические свойства кератина.

Несмотря на большое количество цистеинов в молекуле нашего белка, дисульфидных связей в нем нет. Теоретически образование связи возможно при изменении конформации молекулы, поскольку расстояние между атомами близко к 7.27 Å, но между ними в данной структуре связи нет.

Вторичная структура белка - 3.10-спираль

Спирали в данном белке довольно малы, поэтому мы рассмотрели их бетта-слой. Оказалось, что белок не содержит альфа-спиралей, а только 3.10 спирали, которые отличаются довольно сильным отклонением углов и длин связей.
Для анализа была взята одна из цепей, с которой были удалены все радикалы (остатки 53-61), затем были рассмотрены водородные связи, а также рассчитаны их длины. Поскоьку данная структура не позволяет видеть протоны, мы будем измерять угол NOC. Оказывается, что углы отличаются от идеального значения (180 градусов) более, чем на 45 градусов, а длины превышают критическое для водородных связей значение, однако это связано с особенностью 3.10-спирали, которая является довольно напряженной, но существующей в природе структурой.

Солевые мостики

Солевые мостики - нековалентные (ионные) связи, возникающие в белке между разноименно заряженными радикалами аминокислотных остатков, располагающихся в гидрофобном ядре. Например, между группами -COO- (аспагариновая или глутаминовая кислоты) и -NH3+ (лизин). Солевые связи могут быть внутрицепочными и межцепочечными. Солевые мостики стабилизируют структуру белка, хотя внутренняя ионная связь встречается редко, потому что большинство заряженных аминокислот лежат на поверхности белка, такие связи являются мощными электростатическими притяжениями, которые могут быть близки по прочности к ковалентным связям. Для поиска солевых мостиков были выделены и визуально отобраны полярные остатки аминокислот. Для проверки мы измерили расстояния между ззаряженными группами.

Гидрофобное ядро

Для того, чтобы найти гидрофобное ядро, сначала мы нашли фенилаланин, поскольку это - крупная гидрофобная аминокислота, затем мы выделили часть близлежащих гидрофобных остатков. Данный белок не содержит Крупного гидрофобного кармана, поскольку не является мембранным, поэтому он не нуждается в гидрофобности. Однако внутри каждой субъединицы гидрофобное ядро все же различимо. При удалении на расстояние в 3,5-5 Å от фенилаланина атомы аминокислотных остатков, начинают "закрывать" его. Характерное расстояние между соседними не связанными ковалентно атомами в белке составляет 4,17 Å (Измерения проводились на расстояниях: 5Å, 4,5 Å, 4 Å, 3,5 Å, 3 Å). Также даннный белок имеет полую структуру, в промежутках которой находится флюоресцирующий лиганд.

Третичная структура белка

Третичная структура данного белка представляет собой бета-бочонки, состоящие из длинных круглых тяжей. Это - характерная структура для всех флюоресцирующих белков. Различия между флюоресцирующей и люминесцирующий молекулами состоит в том, что в первом случае молекула, поглощающая квант ультрафиолетового света, делает это сопряженной системой, а впоследствии отдает этот фотон видимой части спектра, а во втором - квант света образуется в результате химической реакции реакции.

Четвертичная структура белка

Вклад авторов:

Работу выполняла Жукова Надежда. Некоторый вклад в выполнение данного обзора также внесла Зубарева Валерия, за что я искренне ей благодарна.

Использованные источники:

[1]Structural basis for photo-induced protein cleavage and green-to-red conversion of fluorescent protein EosFP
Karin Nienhaus, G. Ulrich Nienhaus, [...], and Herbert Nar (www.ncbi.nlm.nih.gov)
[2]molpit.org