Седьмой семестр
Сравнение расшифровки структуры методами РСА и ЯМР
В качестве примера белка, структура которого была расшифрована обоими методами (РСА и ЯМР), был выбран токсин из яда желтого скорпиона (Leiurus quinquestriatus hebraeus) LQH-alpha-IT (альфа-токсин). Этот токсин представляет собой короткий белок длиной 65 аминокислотных остатков, который может связывать натриевые каналы и блокировать передачу сигнала.Структура альфа-токсина полученная с помощью РСА имеет PDBid 2ASC (разрешение 1,1 Å), с помощью ЯМР - 1LQI. В 1LQI записано 29 моделей. Структуры, визуализированные в PyMOL, представлены на рисунке 1.
 |
 |
Из рисунка видно, что структуры, полученные двумя, методами в большой степени похожи. Отличается разметка β-тяжей - в ЯМР-структуре они короче и их меньше. Такая разметка кажется обоснованной, потому что видно, что части тяжей РСА-структуры, несовпадающие с ЯМР-структурой, довольно подвижны. Кроме того можно сказать, что все модели в ЯМР достаточно похожи, и в них нет явно выбивающихся элементов.
Судя по всему, белок было очень трудно закристаллизовать. Об этом говорит наличие целых 8и разных лигандов в РСА-структуре. Кроме того, некоторые боковые группы в этой структуре не имеют однозначного положения, видимо, в кристалле они далеко не везде присутсвтовали в одинаковой конформации. Неоднозначно определенные боковые группы показаны на рисунке 2.
 |
 |
 |
Рассмотрим некоторые водородные связи в альфа-токсине. Стоит сразу отметить, что помимо водородных связей, удерживающих альфа-спираль, водородных связей в белке не так много. Его структура удерживается восновном засчет нескольких S-S мостиков (рис. 3). Для рассмотрения было выбрано 3 водородных связи в разных частях белка:
- Остовная связь в альфа-спирали между NH группой Thr28 и CO группой Asn24 (2,9 Å)
- Связь с участием боковой цепи в ядре белка между OD1 атомом Asp20 и NH группой Cys37 (2,9 Å)
- Связь в неструктурированной петле, выходящей на поверхность глобулы, между NH1 и NH2 группами Arg59 и CO группой Gly62 (2,9 и 3,3 Å)
 |
 |
 |
 |
 |
Прооверим, сохраняются ли эти водородные связи (в преедлах 3,5 Å) в разных моделях ЯМР. Проверка велась простым переключением между моделями с визуализированной связью. Результаты проверки оказалсиь вполне предсказуемы:
- Связь в альфа-спирали сохраняется во всех 29 моделях и почти не вариьируется по длине, хотя и длинее, чем связь в РСА
- Связь боковой группы в ядре белке сохраняется почти во всех моделях, но довольно сильно варьируется по длине
- Связь в неструктурированной сохраняется только в 2 моделях из 29
| Расположение | Донор | Акцептор | Расстояние в РСА | % наличия в ЯМР | max длина в ЯМР (Å) | min длина в ЯМР (Å) | Медианная длина в ЯМР(Å) |
| В спирали | Thr28 (NH) | Asn24 (CO) | 2,9 | 100 | 3,3 | 3,1 | 3,2 |
| В ядре | Cys37 (NH) | Asp20 (OD1) | 2,9 | 97 | 3,3 | 2,9 | 3,2 |
| В петле | Arg59 (NH1) | Gly62 (CO) | 2,9 | 7 | 3,4 | 3,0 | 3,1 |
Эти данные вполне объяснимы, потому что врастворе белок имеет досточно большую подвижность, в отличии от кристалла. Альфа-спираль - устойчивый элемент вториной структуры, поэтому в ней выбранная связь почти не меняется в растворе. В то же время связь боковой группы в ядре белка сильно изменяется по длине из-за колебаний элементов вторичной структуры. Связь в петле в растворе вообще почти не присутствует, петля очень лабильна и находится на поверхности, зачастую полярные остатки петли оказываются слишком далеко друг от друга (рис. 5), и им выгоднее образовать водородные связи с растворителем.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |