Параметры элементарной ячейки кристалла, взятые из файла для структуры 1F8R (PDB 1F8R)
Первые три числа - значения длин направляющих векторов элементарной ячейки кристалла в ангстремах (а = 79.496, в = 154.962, с = 102.947)
Следующие три числа - значения углов между этими векторами (90°, 109.49°, 90°)
Далее обозначена кристаллографическая группа (Р 1 21 1, то есть примитивная группа с двумя поворотными осями 1 и осью винтовой симметрии типа 21)
Последняя цифра - число молекул в ячейке (8 в моем кристалле)
Для визуализации части кристалла применим следующий код:
load pdb1f8s.ent, 1f8s
symexp cryst, 3h3f, all, N пояснения: создать объекты (ячейки кристалла) для объекта 3h3f на расстоянии N ангстрем с общим названием cryst
Чтобы лучше показать структуру кристалла и упаковку белковых молекул, было получено несколько изображений. Красный цвет - исходная ассиметрическая ячейка
Хорошо видна периодичность кристалла. Можно понять, как происходит укладка молекул в кристалл.
Изображение элементарной ячейки, полученное командой show cell
Для данного белка биологической единицей является димер, а ассиметрической - октамер.
Следующие команды построят изображение полипептидных цепей и дных связей между ними:
load pdb1f8s.ent, 1x
remove resn hoh пояснения: чтобы не учитывать связи через молекулы воды
select monA, 1x and chain A бардовый цвет
select monB, 1x and chain B лаймовый цвет
select monC, 1x and chain C светло-голубой цвет
select monD, 1x and chain D циановый цвет
select monE, 1x and chain E бронзовый цвет
select monF, 1x and chain F светло-фиолетовый цвет
select monG, 1x and chain G пурпурный цвет
select monH, 1x and chain H цвет морской волны
Рассмотрим водородные связи в тетрамере. Длина такой связи = 3.5 ангстремм. Для визуализации выбрал цепи A, B, H, G и использовал следующие команды (представлен код для цепей А и В, для остальных всё то же самое):
hide all
show cartoon, monA
show cartoon, monB
show lines, byres (monA and (monB around 3.5))
show lines, byres (monB and (monA around 3.5))
distance hbonds, monA, monB, 3.5
Видно, что тетрамер удерживается водородными связями, идущими по кругу Но так не видно подробностей. Рассмотрим связи между цепями G (фиолетовые аминокислоты) и H(синие аминокислоты).
В ассиметрическую ячейку входятт 2 тетрамера, есть ли между ними связи? По причине расстояния они могут быть только между цепями F и B.
Эти связи сформировались при кристаллизации фермента.
select prA, 3hdd and chain A цепь А (гомеодомен), желтый цвет
select prB, 3hdd and chain B цепь В (гомеодомен), циановый цвет
select dnaC, 3hdd and chain C цепь С (нить ДНК), фиолетовый цвет
select dnaD, 3hdd and chain D цепь D (нить ДНК), фиолетовый цвет
symexp cryst, 3hdd, chb, 4 восстановление прилежащих к данной цепи ячеек (другими словами формирование изображения всех объектов в радиусе 4 A от цепи B)
Хорошо видно, что цепи А и В белка связываются с молекулами ДНК периодично, поворачивая при этом молекулы ДНК от ячейки к ячейке. Можно сделать вывод, что цепи А и В белка связываются с молекулами ДНК одинаково. При этом каждая белковая молекула скрепляет между собой две молекулы ДНК, заходя в их большую борозку своей альфа-спиралью.
Белковые цепи А и В так же взаимодействуют с цепями А и В других ячеек, а молекулы ДНК соседних слоев расположены под углом друг к другу, через слой - параллельно. То есть все молекулы (и белки, и ДНК) расположены регулярно, то есть формируют кристалл
Рассмотрим водородные связи между гомеодоменом и ДНК. Я использовал цепь А, что возможно не совсем корректно, но разницы с цепью В нет.
Список команд (как говорится, повторенье - мать ученья):
hide all
show cartoon, prA
show cartoon, prB
show cartoon, dnaC
show cartoon, dnaD
show lines, byres (prA and (dnaC around 3.5))
show lines, byres (dnaC and (prA around 3.5))
distance hbonds, prA, dnaC, 3.5
Структура кристалла восстановлена. Единичная структура 3HDD несимметрична и не дает представления о всём кристалле, поэтому отображение соседних ячеек необходимо для описания структуры кристалла.
Немного определений:
Асимметрическая ячейка - минимальная часть кристалла, которая выделяется в РСА и по которой можно восстановить кристалл трансляционными и вращательными симметриями.
Биологическая единица - часть кристалла, которая больше всего похожа на комплекс, выполняющий биологическую функцию.
В принципе в качестве такого примера прекрасно подойдет мой белок LAAO из яда гладкого щитомордника. Ранее я продемонстрировал, что его биологическая единица - димер, а ассиметрическая - октамер (картинки наверху). Но так не интересно, поэтому рассмотрим другие примеры.
Например 5YVR, мутантная форма гало-термофильной алкогольдегидрогеназы из неизвестной археи, найденной в бассейне Каспийского моря.
Асиметрическая ячейка - мономер, а биологическая - димер, так как именно такой комплекс проявляет ферментативную активность.
Ещё пример - 4AG5, АТФаза VirB4 из бактерии Thermoanaerobacter pseudethanolicus.
Асиметрическая ячейка
Биологическая ячейка
Если биологическая единица больше асимметрической, то белок, например, может быть гомоди-, три-, тетра- или олигомером.
Если асимметрическая единица больше биологической, это может быть объяснено двумя причинами:
© Борисов Евгений 2018