Проведен анализ внутрибелковых контактов в инсулине с помощью программы JMol.
Инсулин (Insuline) | |
PDB ID: | 3I40 |
Uniprot ID: | P01315 |
Класс: | гормон |
Ген: | INS |
Из какого организма: | свинья(Sus scrofa)2 |
Инсулин – гормон белковой природы, выделяемый бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Стимулирует захват глюкозы клетками, стабилизируя ее концентрацию в крови.5 Дефекты работы этого гормона часто связаны с нарушением метаболизма углеводов.
Сахарный диабет встречается не только у млекопитающих, но также у птиц и рептилий.7,8
Лиганды: Мономер инсулина, котороый рассматривается в данном обзоре, лигандов не имеет, онако в B-клетках островков Лангерганса инсулин содержится в виде гексамеров, шесть молекул соединены вместе ионами цинка(II)3, с которыми взаимодействуют остатки гистидина(His10:B).4,6
IUPAC: L-phenylalanyl-L-valyl-L-asparagyl-L-glutaminyl-L-histidyl-L-leucyl-L-cysteinyl-glycyl-L-seryl-L-histidyl-L-leucyl-L-valyl-L-alpha-glutamyl-L-alanyl-L-leucyl-L-tyrosyl-L-leucyl-L-valyl-L-cysteinyl-glycyl-L-alpha-glutamyl-L-arginyl-glycyl-L-phenylalanyl-L-phenylalanyl-L-tyrosyl-L-threonyl-L-prolyl-L-lysyl-L-alanine (7->7'),(19->20')-bis(disulfide) compound with glycyl-L-isoleucyl-L-valyl-L-alpha-glutamyl-L-glutaminyl-L-cysteinyl-L-cysteinyl-L-threonyl-L-seryl-L-isoleucyl-L-cysteinyl-L-seryl-L-leucyl-L-tyrosyl-L-glutaminyl-L-leucyl-L-alpha-glutamyl-L-asparagyl-L-tyrosyl-L-cysteinyl-L-asparagine (6'->11')-disulfide.1
Брутто-формула: C256 H381 N65 O76 S6
Молярная масса: 5778 g/mol
Внимательное изучение pdb файла позволило обнаружить, что у инсулина нет других лигандов, кроме воды, и что в нем присутствуют шесть остатков цистеина, которые могли бы образовать дисульфидную связь. Были обнаружены солевые мостики (Рис. 2,3). Это взаимодействие происходит между положительно заряженной аминогруппой и отрицательно заряженной карбоксильной группой за счёт заряда (электростатическое взаимодействие) и водорода в аминогруппе (водородная связь).9 Оно служит для стабилизации положения цепей белка и вторичных структур.
Вторичная структура представлена тремя альфа спиралями (Рис. 1), структура которых подерживается водородными связями. Их длина составила в среднем три ангстрема (Рис. 4,5,6).
Водородные связи участвуют не только в поддержании вторичной структуры, но и образуют связи между цепями, дополнительно стабилизируя третичную структуру (Рис. 7). Можно видеть, как водородные связи между аминокислотными остатками, входящими в поворот аминокислотной цепи стабилизируют его (Рис. 8). На С-концах цепей также образуется водородная связь, делая более выгодным сближенное положение (Рис. 9). Интересная структура образована на N-конце цепи B и повороте цепи A, состоящая из двух водородных связей и дисульфидной (Рис.10).
Анализ трехмерной модели показал, что образуются три дисульфидные связи. Две из них соединяют А и В цепи, а третья - два участка цепи А. Они обеспечивают правильное взаимное расположение альфа спиралей (Рис. 11,12,13).
В качестве гидрофобного остатка был выбран лейцин (Рис. 14). Он почти полностью закрывается другими аинокислотными остатками на расстоянии 5 Å (Рис. 15). Вероятно, это расстояние и является расстоянием между соседними не связанными ковалентно атомами в белке. Учитывая, что радиус молекулы воды равен примерно 1.5 Å(что близко к минимальному радиусу атома), минимальное расстояние между двумя атомами в ядре составит 5-1.5*2=2 (Å). В таком случае максимально возможный радиус частицы, способной поместиться между двумя нековалентно связанными атомами, составляет 1 Å, что меньше размеров воды.
Так же найдено стекинг-взаимодействие на поверхности глобулы, расстояние между остатками составило 4 ангстрем(Рис. 16). Эти же остатки (Y19:A и F25:B) образуют водородную связь. Вероятно, на них лежит задача сближения C-концов цепей A и B.
Инсулин обладает небольшими размерами, у него отсутствуют лиганды. Вторичная структура представлена альфа спиралями, поддерживающимися водородными связями со средней длиной 3 ангстрема. Помимо образования вторичной структуры, водородные связи играют важную роль в стабилизации третичной структуры. Солевые мостики образуются как между цепями, так и в альфа спирали, стабилизируя вторичную и третичную структуры белка. Гидрофобное ядро занимает центральную часть белка и позволяет поддерживать форму глобулы. Присутствуют три дисульфидных связи, дополнительно стабилизириующих третичную структуру.
Бурлака Артем исследовал структуру с помощью JMol, занимался созданием апплета и сценариев, написал часть обзора. Мухамедияров Рауль изучил дополнительную информацию и написал текст обзора.