Задание 1

Для работы была выбрана структура белка бета-лактамазы TRU-1 из организма Aeromonas enteropelogenes с PDB ID 6fm6.

Основные параметры кристалической ячейки - в таблице

На рисунке 1 предтавлен фрагмент кристалла с выделенной ячейкой. Он получен командой:

symexp sym, 6fm6, chain A, 20

Рисунок 1. Изображение кристалла.

Теперь рассмотрим зоны контакта соседних белков в кристалле. Предположим, что беки контактируют на расстоянии до 3,5 ангстрем и выполним команду:

symexp sym, 6fm6, chain A, 3.5

Получилось, что белок контактирует с 12 соседними белками, однако, поскольку все белки одинаковые, мы рассмотрим только 6 контактов. Они на рисунке 2.

Рисунок 2. Зоны контакта белка с соседними белками в кристалле.

Как можно заметить, только в 3 случаях (верхние картинки) контакт обеспечивается взаимодействием боковых цепей белков: водородными и электростатическими взаимодействиями. Также в некоторых случаях (верх центр) имеют место гидрофобные взаимодействия. Также во взаимодействии могут участвовать лиганды (верх справа). В остальных же 3 случаях (низ) взаимодействие практически отсутствует и обеспечивается в основном водородными связями с водой. Скорее всего, в образовании кристаллической решетки участвуют только верхние 3 контакта, а нижние - случайные.

Задание 2

Рассмотрим структуру 1mnm. Название: YEAST MATALPHA2/MCM1/DNA TERNARY TRANSCRIPTION COMPLEX CRYSTAL STRUCTURE, то есть это транскрипционный комплекс с ДНК. Он состоит из 2 цепей ДНК и 4 одинаковых белковых цепей. Его структура - на рисунке 3.

Рисунок 3. Структура 1mnm.

Как можно заметить, в структуре есть странность, а именно, N-конец одной белковой цепи, отстоящий от комплекса и смотрящий в раствор. Как можно заметить, остальные 3 цепи образуют этим своим концом один бета-лист. Чтобы разобраться в причинах странности, восстановим содержимое соседних ячеек. Результат - на рисунке 4.

Рисунок 4. Структура 1mnm с соседними элементами кристалла. Интересующая часть структуры - в красном круге.

Причина необычной структуры становится очевидной. Отстоящий от комплекса N-конец цепи просто взаимодействует с соседним элементом кристалла, участвуя в образовании бета-листа в этом элементе.

Задание 3

Асимметрическая единица — наименьшая структурная единица кристалла, из которой можно восстановить весь кристалл при помощи операций симметрии. Она содержит уникальную часть кристаллической структуры, которая используется кристаллографом для уточнения координат структуры по экспериментальным данным и не обязательно представляет собой целую биологически функциональную структуру.

Биологическая единица — структура макромолекулы, для которой было показано или предсказано наличие физиологической функции.

В некоторых случаях ассиметрическая единица может не совпадать с биологической.

Рассмотрим случай, когда асимметрическая единица меньше биологической. В качестве примера возьмем металло-бета-лактамазу L1 (pdb ID 1aio). Она на рисунке 5. Как можно заметить, биологическая единица представляет собой гомодимер, тогда как асимметрическая - мономер белка, что говорит о полной структурной идентичности мономеров белка в димере.

Рисунок 5. Димер 2aio - биологическая единица. Разным цветом покрашены разные асимметрические единицы.

Теперь рассмотрим противоположный пример, когда асимметрическая единица больше биологической. Примером послужит металло-бета-лактамаза New Deli (pdb ID 6mgx). В эом случае в асимметрическую единицу входят 2 цепи, тогда как биологическая единица - мономер (во всяком случае, обратное пока не доказано, так как эта бета-лактамаза открыта сравнительно недавно). Изображение - на рисунке 6.

Рисунок 6. Асимметрическая единица 6mgx. Разным цветом покрашены разные биологические единицы.