Анализ пространственной структуры белка (PDB: 3LUY)

Исследование кристаллографической структуры белка — вероятной хоризматмутазы из Bifidobacterium adolescentis с разбором общего вида структуры, числа цепей, биологической единицы, вторичной структуры и окружения лиганда PPY.

Общий вид структуры

Для анализа была использована кристаллографическая структура белка — вероятной хоризматмутазы из Bifidobacterium adolescentis, депонированная в базе Protein Data Bank под идентификатором 3LUY.

Для визуализации структуры использовалась программа PyMOL. Общий вид структуры белка был показан в представлении cartoon, которое удобно для отображения хода полипептидной цепи и элементов вторичной структуры.

Скрипт для создания изображений вы можете скачать тут: render_3luy

ㅤㅤㅤРисунок 1.Общий вид структуры 3LUY (cartoon-представление)

Количество цепей

В асимметрической единице структуры присутствует одна белковая цепь (цепь A). Для наглядности цепь показана в едином цвете, но биологическая единица требует дополнительной сборки (см. ниже).

Биологическая единица

Согласно описанию биологической сборки (раздел REMARK 350 PDB-файла), биологическая единица белка является димером, то есть состоит из двух белковых цепей.

Таким образом:

• асимметрическая единица содержит 1 цепь;
• биологическая единица содержит 2 цепи.

Следовательно, биологическая единица отличается от асимметрической единицы: для формирования функционального димера необходимо применить операции симметрии, указанные в PDB-файле.

Для иллюстрации биологической единицы был построен димер с использованием преобразований BIOMT, после чего показаны две цепи, окрашенные в разные цвета.

ㅤㅤㅤРисунок 2. Биологическая единица белка 3LUY — димер (синий — цепь A, пурпурный — цепь B)

Вторичная структура

Для анализа вторичной структуры белок был окрашен по типу вторичной структуры (опция color by ss в PyMOL).

В результате видно, что в структуре белка присутствуют:

• α-спирали (синий);
• β-тяжи (красный);
• петли и неупорядоченные участки (жёлтые).

При визуальном анализе структуры видно, что α-спирали представлены значительно более широко, чем β-тяжи. Таким образом, спиральные элементы вторичной структуры преобладают в данной структуре белка.

ㅤㅤㅤРисунок 3. Раскраска белка по типу вторичной структуры: синий — α-спирали, красный — β-тяжи, жёлтый — петли

Малые молекулы в структуре

В записи PDB 3LUY присутствуют несколько типов малых молекул (не считая воды):

• PPY — 3-фенилпировиноградная кислота (лиганд);
• MSE — селенометионин (модифицированный аминокислотный остаток, введённый для фазирования).

Для анализа лигандного окружения была выбрана молекула PPY, так как она является продуктом метаболического пути и, предположительно, участвует в регуляции активности фермента.

Белковое окружение лиганда

Для исследования взаимодействий лиганда с белком были выделены аминокислотные остатки белка, находящиеся на расстоянии до 5 Å от молекулы PPY.

К таким остаткам относятся (номер аминокислоты по последовательности PDB-файла):

Эти остатки формируют окружение активного центра, в котором расположен лиганд PPY.

Для наглядности лиганд был показан в представлении sticks, а окружающие аминокислотные остатки также отображены в виде sticks и подписаны.

ㅤㅤㅤРисунок 4. Лиганд PPY (жёлтый) и аминокислотные остатки в радиусе 5 Å (зелёные) с подписями

📌 Примечание: В структуре также присутствуют остатки селенометионина (MSE), которые были введены для фазирования методом SAD и не влияют на функциональные свойства белка.

Вывод

В ходе работы была исследована структура вероятной хоризматмутазы (PDB ID: 3LUY). Было показано, что асимметрическая единица содержит одну белковую цепь, однако биологическая единица является димером.

Анализ вторичной структуры показал преобладание α-спиралей. Также были выявлены малые молекулы, присутствующие в структуре, и проанализировано белковое окружение лиганда PPY, который, вероятно, участвует в регуляции фермента по принципу обратной связи.