Водородные связи в структурах, полученных с помощью ЯМР и РСА

Семестры > Седьмой > Практикум 6
Рис. 1 Наложение ЯМР (голубые) и РСА (красная) моделей

Для работы с этим заданием были взяты структуры цикловилина А человека, полученные двумя методами: с помощью ЯМР (структура 1OCA, содержит 20 состояний) и РСА (структура 1W8L, разрешение 1.8 ангстрем). Структуры выровнены внутренними средствами PyMol и представлены в виде ribbons на рис. 1 и 2. Модели ЯМР показаны полупрозрачными и раскрашены в синий, модель РСА — красная сплошная.

Видно, что в целом ход цепи во всех моделях совпадает. Наибольшие различия в ходе цепи можно наблюдать на N-конце (левый край рис. 2) и в петле, располагающейся на рис. 2 справа (на рис. 1 — на переднем плане). Эти участки, скорее всего, являются наиболее подвижными в растворе.

Рис. 2 Наложение ЯМР (голубые) и РСА (красная) моделей

Анализ водородных связей


Так как ЯМР-спектроскопия позволяет получить структуры в их нативной конформации в растворе, можно предполагать, что состав сети водородных связей в них будет отличен от такового в РСА-модели вследствие естественных движений частей глобулы. Для анализа водородных связей были рассмотрены взаимодействия 4-х пар остатков:

  • CYS62—ILE114 Остовная водородная связь в бета-листе Рис. 3
  • PHE36—SER40 Остовная водородная связь в альфа-спирали Рис. 4
  • SER147—ASN149 Водородная связь боковых радикалов на поверхности белка Рис. 5
  • THR32—GLU86 Водородная связь боковых радикалов в ядре белка Рис. 6 (на самом деле найти пару полярных боковых остатков в центре глобулы оказалось невозможным, взята пара, достаточно удаленная от поверхности)
Рис. 3 Остовная водородная связь в бета-листе
Рис. 4 Остовная водородная связь в альфа-спирали
Рис. 5 Водородная связь боковых радикалов на поверхности белка
Рис. 6 Водородная связь боковых радикалов внутри глобулы

В таблице 1 сведена информация об этих 4 водородных связях в моделях ЯМР и РСА. Считалось, что водородная связь существует, если расстояние между образующими ее атомами не больше 3.5Å, а угол не превышает 70°. В таблице во второй колонке приведено расстояние в модели РСА. В третьей колонке приведен процент моделей ЯМР, в которых присутствует данная водородная связь. В четвертой колонке приведено минимальное расстояние в ЯМР моделях, в пятой колонке — максимальное расстояние в случае наличия водородной связи и вообще, в шестой колонке — медиана расстояния в случае наличия водородной связи и вообще.


Таблица 1 Сравнение водородных связей в ЯМР и РСА моделях.
Водородная связь РСА ЯМР
d, Å W, % dmin, Å dmin, Å dmed, Å
Cys62 — Ile114 2.8 100 2.8 3.1 2.9
Phe36 — Ser40 3.0 100 2.8 3.0 2.8
Ser147 — Asn149 2.9 35 2.7 2.9 / 5.5 2.8 / 3.15
Thr32 — Glu86 2.8 75 2.6 2.6 / 6.5 2.6 / 2.6

Как видно из приведенных данных, остовные водородные связи, формирующие альфа-спирали и бета-листы, отличаются абсолютной стабильностью и присутствуют во всех моделях ЯМР. Разброс значений длин небольшой. В то же время при практически постоянном значении расстояния между атомами, далеко не во всех моделях ЯМР присутствует связь между боковыми радикалами, погруженными в белок. Однако в 75% случаев связь все же существует, в отличие от ситуации с боковыми радикалами остатков, находящихся у поверхности — радикалы очень подвижны, и водородная связь сохраняется только в 35% моделей. В остальных же случаях радикалы образуют водородные связи с другими соседями или с молекулами воды.