Практикумы 3-5: PDB и Pymol вместе с MurE-лигазой

Про белковую часть

Сегодняшний сюжет посвящён ATP-зависимой MurE-лигазе бактерии Mycobacterium tuberculosis (MTB) - фермента, участвующего биосинтезе пептидогликана микобактерии, в связи с чем этот белок интересен как потенциальная терапевтическая мишень. Эта макромолекула образована полипептидными цепями: в ассиметричкую единицу (каким белок оказался в кристалле) входит 4 одинаковых полипептидных цепи, биологическую же единицу (в каком состоянии белок функционирует в клетке) составляет единственная цепь.

Воспользовавшись базой данных UniProtKB (uniprotID P9WJL3), уточним некоторые факты. Итак, наш белок принадлежит Mycobacterium tuberculosis, штамм ATCC 25618 / H37Rv. Фермент катализирует присоединение диаминопимелата к UDP-D-мурамоил-L-аланил-D-глутамату, гидролизуя ATP. Последовательности данного белка, представленные в UniProt и PDB, совпадают.

Рис. 2. Синтез пептидогликана у M. tuberculosis. Кружком отмечен N-ацетилглюкозамин, шестиугольником - N-ацетилмурамовая кислота. Источник.

В составе белка есть одна модифицированная аминокислота: на 262 позиции лизин карбоксилирован по боковой аминогруппе (KCX). Кликните cюда, чтобы посмотреть соответстующие строки из pdb-файла.
Рис. 3. KCX.

Про малые молекулы

UAG (Уридин-5'-дифосфат-N-ацетилмурамоил-L-аланил-D-глутамат) - непосредственный субстрат фермента, в ходе реакции к нему будет присоединяться 2,6-диаминопимелат. Строки из pdb здесь.

MG (ион магния 2+) - связывается одним из гистидинов и боковой карбоксильной группой глутамата UAG. В похожем кармане у MurE-лигазы E. Coli магний не связывается, однако в том кармане нет и дополнительного гистидина, представленного в MurE MTB. В соответствии с этим можно выдвинуть предположение, что несмотря на наличие в кристаллизационном растворе соли MgCl2 (что явно располагает к тому, чтобы отнестись к катиону в структуре скептически), ион магния присутствует в нативной форме фермента. Материал из pdb-файла тут.

Рис. 4. Голубым цветом обозначены аминокислоты белка, лаймовым - лиганд.

Рис. 5. В координировании Mg участвуют как глутамат UAG, так и гистидин фермента.

Контакты

Здесь мы преследовали следующую цель: увидеть многообразие химических взаимодействий внутри белка. Приступаем!

Рис. 6. Водородные связи между атомами остова на примере альфа-спирали.

Рис. 7. Водородные связи, в образовании которых участвуют боковые радикалы аминокислот (их углеродные атомы покрашены в голубой цвет).

Рис. 7. Водородные связи, в образовании которых участвуют боковые радикалы аминокислот (их углеродные атомы покрашены в голубой цвет).

Рис. 8a. Солевой мостик: два треонина донируют водород кислороду аспартата.

Рис. 8b. Солевые моостики: множество связей около гуанидиновой группы аргинина.

Рис. 9. Дисульфидных связей нет: единственные два цистеина MurE-лигазы не связаны друг с другом.

Рис. 10. Pi- и T-стекинг между боковыми группами гистидина, тирозина и фенилаланина.

Интерактивная модель