MALTOPORIN MALTOTRIOSE COMPLEX

Введение

Мальтопорин — это мембранный белок, обеспечивающий транспорт мальтозы и малтьтодекестринов через внешнюю мембрану ГРАМ-отрицательных бактерий, таких как Escherichia coli . Он играет ключевую роль в транспорте длинных мальтоолигосахаридов, так как они не способны проникнуть внутрь мембраны через неспецифические порины.[1] Канал белка сформирован тремя антипараллельными бета-бочками (Рис.1). Сахара проникают внутрь по «жирному скату», то есть благодаря гидрофобным взаимодействиям с ароматическими остатками внутренней обкладки канала.[1,2] Этот белок также известен как LamB, так как он используется бактериофагом лямбда в качестве опознавательного рецептора.[3]

Лиганды

Рис. 1 Структура белка, раскраска по цепям 

Белок-белковые взаимодействия

Гидрофобные взаимодействия в молекуле мальтопорина выполняют две важные функции: во-первых, гидрофобная обкладка каналов, как был сказано выше, посредством взаимодействий с олигосахаридами позволяет им пассивно проникать в клетку; во-вторых, гидрофобные ядра белка формируют его четвертичную структуру. В этом ключе нами было рассмотрено гидрофобное ядро на границе субъединиц A и B исследуемой структуры, сформированное вокруг аминокислотного остатка триптофана (TRP101:A). В апплете отражен сам остаток и его атомное окружение на расстоянии от 1 до 7 ангстрем. Как можно видеть, на расстоянии до 3 ангстрем располагаются только атомы, ковалентно связанные с остатком (всего 5 крупных атомов); на расстоянии до 4 ангстрем расположено уже 30 крупных атомов окружения. Из этих данных следует, что в рассматриваемой молекуле среднее межатомное расстояние составляет порядка 3.5 ангстрем.


Дисульфидные мостики
Дисульфидные мостики в молекуле белка являются единственными ковалентными связями, стабилизирующими третичную структуру. Связь образуется между двумя аминокислотными остатками цистеина. В рассмотренной нами молекуле имеется по одному дисульфидному мостику в каждой из 3 субъединиц. Представлена связь между 22 и 38 аминокислотными остатками цистеина субъединицы A (CYS022:A – CYS038:A). Измерены параметры связи: торсионный угол составляет 102.9 градусов, длина связи – 2.03 ангстрема.

Рис.2 Водородные связи

Бета-бочка 

Рис.3 Водородные связи

Солевые взаимодействия имеют электрическую природу. В белке они возникают между заряженными частями молекулы, такими как карбоксильная группа, заряженная при средних и высоких значениях pH отрицательно, и аминогруппа, при средних и низких pH заряженная положительно. Такие взаимодействия существуют при любых углах и в широком диапазоне расстояний, однако играют роль в формировании структуры лишь на расстоянии до 5 ангстрем. В таблице представлены длины некоторых электростатических взаимодействий в молекуле мальтопорина. Солевые мостики участвуют в формировании третичной и четвертичной структур. Представленный на картинке аминокислотный остаток 082ARG:B взаимодействует с а.к.о. той же цепи 043GLU:B и а.к.о. другой цепи 073ASP:C.

Поиск солевых мостиков проводился вручную среди заряженных положительно и отрицательно остатков, ионизированные радикалы которых были ориентированы определенным образом по отношению друг к другу. Заметим, что расстояние было измерено между заряженными функциональными группами, заряд которых распределен равномерно между атомами вследствие делокализации, поэтому указывать атомы, между которыми непосредственно измерено расстояние, не имеет смысла.

Рис.4 Солевые мостики

Лиганд-белковые взаимодействия

Ион магния связан с молекулой белка 6 связями (их медианная длина 2,54 ангстрем для одного из резонансных состояний): он взаимодействует с каждым из двух атомов кислорода, принадлежащих радикалам трех молекул аспарагиновой кислоты (из цепей A, B, C) (Таблица 1).Данные связи уже были изображены на скачанной нами из PDB структуры. Однако можно было бы предположить их существование, не видя на модели линий, связывающих атомы. Известно, что расстояния между атомами в молекулах лежат в пределах от 1 до 4 ангстрем.[6]. С помощью команды restrict(4, 422:C), 4 – это максимально возможное расстояние в А, а 422:C – атом магния найдем атомы, лежащие на расстоянии меньшем или равным 4 A от атома магния. Получим карбоксильные группы 3 остатков аспарагиновой кислоты. Положительно заряженный ион Mg 2+ удерживается в молекуле белка отрицательно заряженными карбоксильными группами.

Водородные связи между атомами молекулы мальтотриозы и белка можно посмотреть не с помощью команды calculate hbonds, а в PDB, перейдя по ссылке «Ligand interaction» в блоке «Small Molecules».

Длины водородных связей были измерены с помощью команды measure. Действительно, медианное значение длины связи приближается к идеальному 3.04 ангстрем[7]. Заметим, что те же водородные связи мы могли бы найти вручную, воспользовавшись командой within. Например, задав верхнюю границу водородной связи как 3.5 ангстрем. Результат выполнения select within(3.5, 431:A), где 431:A – глюкоза, выглядел бы так:

Рис.5. Результат выполнения select within(3.5, 431:A)

Мы видим те же атомы, которые образуют водородные связи по PDB (см.апплет).