Поверхности, карманы, pKa

Задание 1. SASA, MSA

Для работы использовалась слежующая пара структур: 2BG1 (закрытая форма) и 2FFF (открытая форма). Наложение структур посредством super (рис. 1) показывает, что открытая и закрытая формы достаточно хорошо соответствуют друг другу за исключением некоторых участков.

Рис. 1. Наложение структур 2BG1 (palecyan) и 2FFF (gray60). Одна из компонент пространственного различия в обеих структурах окрашена иначе (подробнее будет описано далее)
Визуально можно выделить две компоненты, внутри которых наблюдается некоторое различие в пространственной организации структурных элементов. Кратко опишем их:

Компонента 1:
- Участок цепи B, остатки 338 - 392 (альфа-спираль - петля - участок бета-слоя), отмечен white в 2fff и palecyan в 2bg1 (рис. 2)
- Участок цепи B, остатки 585 - 599 (участок бета-слоя), отмечен white в 2fff и palecyan в 2bg1 (рис. 3)

Рис. 2. Различие в пространственной организации альфа-спиралей 2FFF (white) и 2BG1 (palecyan)
Рис. 3. Различие в пространственной организации бета-слоя 2FFF (white) и 2BG1 (palecyan)
Компонента 2 (рис. 4):
- Остатки 414–421 (петля)
- Остатки 653–660 (петля)
- Остатки 677–687 (петля)

Примечательно, что эти участки упоминаются в одной статье как петли активного сайта рассматриваемого нами белка. Авторы пишут о том, что наибольшие различия в структуре открытой и закрытой форм выражены в положении этих петель. Также, в качестве важного для каталитической функции остатка, авторами статьи упоминается Ser460 (он также изображен на рисунке).
Рис. 4. Различие в положении петель активного сайта (2BG1 - palecyan, 2FFF - white). Остальная часть белка окрашена иначе - 2BG1 - deepteal, 2FFF-gray80

Вычислим для обеих форм площадь молекулярной поверхности и площадь поверхности, доступной растворителю. Получим следующие значения:

Открытая форма:
MS: 45060.945 Angstroms^2
SAS: 20039.553 Angstroms^2

Закрытая форма:
MS: 44713.090 Angstroms^2
SAS: 19618.199 Angstroms^2

Результат кажется вполне себе обоснованным - 2FFF представляет собой открытую форму транспептидазного домена трансферазы, и мы видим, что ее рассчитанные значения площадей - и MS (площадь молекулярной поверхности), и SAS (площадь поверхности, доступной растворителю) больше, чем рассчитанные площади закрытой формы (2BG1). То-есть, по-видимому, в закрытой форме действительно происходит "заслонение" некоторого участка поверхности белка, без возникновения экспонированности (либо эта экспонированность не столь значительна) каких-либо частей рассматриваемой нами молекулы.

Задание 2. Карманы, объем

В этом задании нам было интересно определить возможные карманы связывания посредством сервиса fpocket, предположить, какие варианты из предложенных в выдаче могут иметь под собой биологическое обоснование. Для 2BG1 сервис выделил 32 кармана, для 2FFF - 26. Рассмотрим один из карманов, который визуально достаточно хорошо соответствует определенному участку в обеих формах белка (отметим, что в каждой из структур, карман, который мы будем обсуждать далее, определен под разным номером) - рисунок 5.

Рис. 5. 2FFF (открытая форма) - gray80 с карманом 10 (показан зеленым), 2BG1 (закрытая форма) - deepteal с карманом 18 (показан желтым)

Примечательно, что по положению карманы 10 структуры 2FFF и 18 структуры 2BG1 соответствуют упомянутому в статье активному центру. Приведем значения объема для рассматриваемого нами кармана, которые были получены из аннотации (поле HEADER 8 - Real volume (approximation)):

Pocket 10 (2FFF, открытая форма): 1870.0350
Pocket 18 (2BG1, закрытая форма): 1281.9022

Мы видим, что объем кармана меньше в закрытой форме, что достаточно логично. Можно предположить, что закрытие кармана опосредовано смещением трех описанных нами ранее петель, которые закрывают область активного сайта.

Задание 3. Экспонированность

В этом задании нам было интересно посмотреть на изменение экспонированности аминокислотных остатков при переходе между открытой и закрытой формой рассматриваемого нами белка. Комментарии по заданию, графики и заметки доступны по ссылке.

Приведем изображение окружения остатка, для которого характерно наибольшее (по модулю) изменение в экспонированности при переходе между формами (Val361):
1) открытая форма - рис. 6
2) закрытая форма - рис. 7

Рис. 6. 2FFF (открытая форма) - окружение Val361

В открытой форме боковой радикал Val361 экспонируется на поверхности, его остовный азот формирует водородную связь с остовным кислородом Gln357.

Рис. 7. 2BG1 (закрытая форма) - окружение Val361

В закрытой форме, напротив, боковой радикал Val361 обращен внутрь белковой глобулы и характеризуется, как кажется, достаточно хорошим гидрофобным окружением - Tyr375, Leu366, Ala356. Остовный азот валина формирует водородную связь с остовным кислородом Ala356.

Интересно, что остаток с наибольшим изменением экспонированности при переходе между формами принадлежит первой определенной нами ранее (в задании 1) компоненте. По-видимому, этот участок молекулы может играть значимую роль в выполнении белком его функций. Быть может, компонента 1 - некий аллостерический центр рассматриваемого нами белка (но это не более чем предположение).