Учебный сайт Алены Корягиной

Восстановление кристалла белка из PDB файла

Для белка sonic hedgehog (идентификатор PDB: 4с4m) провели изучение структуры кристалла. Из поля CRYST1 из PDB-файла возможно плучить следующую информацию о кристалле:
- длины направляющих векторов кристалла (для данного белка 40.350, 55.660, 71.100 Å),
- углы между ними (90.00, 90.00, 90.00),
- кристаллографическая группа (P 21 21 21),
- число молекул в ячейке (4).

На рисунке 1 представлена часть кристалла — содержимое ячейки и ряда соседних ячеек. Видно, что структура состоит из слоев (рис.1), при подробном рассмотрении структуры в 3Dкаждый (n+2) слой идентичен. Если рассмотреть один слой, то видно, что в структуре кристалла повторяется элемент из четырех молекул белка (рис.2).

Рис.1. Часть структуры кристалла. Оранжевым цветом обозначена первоначальная молекула и элементарная ячейка. Изображение получено с помощью программы pymol.	Рис.2. Часть структуры кристалла. Один слой. Ярко-красным цветом выделена структура из четырех молекул, которая повторяется в кристалле. Изображение получено с помощью программы pymol.

Насколько известно из литературы для изучаемого белка не характерна олигомеризация. В кристалле белок образует различные полярные связи с 12 окружающими его идентичными белками. Количество связей около сорока и сложно подсчитать количество зон контактов. Ниже на рисунках 3 и 4 представлены две зоны котакта: одно из взаимодейсвий белков и взаимодейсвие лигандов.

Рис.3. Контакты между белками в кристалле. Изображение получено с помощью программы pymol.	Рис.4. Контакты между белками в кристалле. Взаимодейсвие лигандов. Изображение получено с помощью программы pymol.

Но бывают случаи очень странного расположения белков, в том числе белковых цепей в структуре ДНК-белкового комплекса. Например, в структуре 3HDD, представляющего собой транскрипционный фактор Engrailed, связанный с ДНК (Рис.5).

Рис.5. Странное расположение белковых цепей в структуре ДНК-белкового комплекса 3hdd. Изображение получено с помощью программы pymol.

На этом рисунке видно, что один из гомеодоменов наполовину "висит" в воздухе, то есть контактирует с ДНК только с одной стороны. Однако, если восстановить соседние асимметрические ячейки видно, что молекула ДНК продолжается, и белок находится на ней точно так же, как другие субъединицы (рис.6).

Рис.6. Структура ДНК-белкового комплекса с идентификатором 3hdd и соседние кристаллографические ячейки. Изображение получено с помощью программы pymol.

Поэтому очень важно понимать, что ассиметрическая единица не всегда несет полную информацию, необходимую для "биологического" объяснения структуры. Чтобы не потерять эту информацию, необходимо рассматривать все окружение молекулы в попытке восстановить правильную структуру.

Вообще асимметрическая единица — это минимальная часть кристалла, которая выделяется в РСА и по которой можно восстановить кристалл трансляционными и вращательными симметриями. При этом ассиметрическая единица может не соответствовать биологической единице белка, то есть с тем комплексом белка, который выполняет биологическую функцию. Если биологическая единица больше асимметрической, то белок, например, может быть гомоди-, три-, тетра-, олигомером. Примером этого может являтся структура пурин-нуклиозид фосфорилазы из Agrobacterium vitis с идентификатором 4UC0 (рис.7 и 8). Если же асимметрическая единица больше биологической, это может быть объяснено двумя причинами:
-белок существует в двух конформациях, и они обе закристаллизовались,
-исследователи сознательно увеличили асимметрическую ячейку, чтобы увеличить количество параметров для "подгонки" модели. Примером этого варианта событий является структура белка АТФазы VirB4 из бактерии Thermoanaerobacter pseudethanolicus с идентификатором 4AG5 (рис.9 и 10).

Рис.7. Ассиметрическая единица структуры пурин-нуклиозид фосфорилазы из Agrobacterium vitis с идентификатором 4UC0. Изображение получено с помощью программы pymol.	Рис.8. Биологическая единица структуры пурин-нуклиозид фосфорилазы из Agrobacterium vitis с идентификатором 4UC0. Изображение получено с помощью программы pymol.

Рис.9. Ассиметрическая единица структуры АТФазы VirB4 из бактерии Thermoanaerobacter pseudethanolicus с идентификатором 4AG5. Изображение получено с помощью программы pymol.	Рис.10. Биологическая единица структуры АТФазы VirB4 из бактерии Thermoanaerobacter pseudethanolicus с идентификатором 4AG5. Изображение получено с помощью программы pymol.