Внутренности белков и макромолекулярных комплексов

Задание 1. Описание гидрофобного ядра белка.

В качестве исследуемой молекулы была взята фенилацетат-коэнзим А лигаза изучаемой мной бактерии (PDB ID: 4R1L). При помощи сервиса CluD из файла PDB были сгенерированы 2 файла (.rsc и .txt), содержащие информацию о гидрофобных кластерах и их размерах. Таким образом было обнаружено 2 достаточно крупных ядра (core 1 - 873 атома и core 24 - 867 атомов). С учётом того, что суммарно в молекуле 13575 атомов, получим, первое ядро содержит 6.43% всех атомов, а второе примерно столько же — около 6.37%, что подтверждает симметричность молекулы. По результатам работы программы можно увидеть, что гидрофобные участки выходят на поверхность (вероятно, контакта) субъединиц белка, то есть гидрофильный слой чередуется с гидрофобным ядром. Известно, что при неполном покрытии ядра гидрофильным слоем образуются своего рода гидрофобные пятна (такие, как наблюдаются в данном примере), “лоскуты”, которые придают поверхности белка мозаичный характер. Они могут иметь функциональное значение – формирование гидрофобных участков зон связывания субстратов и других лигандов, участие в белок-белковых взаимодействиях (например, в стабилизации четвертичной структуры). Крупные гидрофобные части характерны для интегральных мембранных белков. [1]

Задание 2. Плотность упаковки атомов в гидрофобном ядре.

Для исследования плотности упаковки гидрофобного ядра предлагалось взять один из принадлежащих ему аминокислотных остатков, так, был выбран остаток фенилаланина([PHE]341:B). Он обладает крупными (относительно большинства других остатков) размерами, следовательно, точность оценки плотности упаковки выше. Для этого мы рассмотрели окружение этого остатка в пределах 7Å. При исследовании плотности упаковки атомов было обнаружено, что с помощью атомов в интервале 1-7 Å полностью покрыть аминокислотный остаток не удается, несмотря на то, что он оказывается в достаточной степени покрытым уже в пределах 4-5Å. Cреднее расстояние между соседними не связанными ковалентно атомами в белке равно 3,995Å. Для оценки найденного значения было предложено выяснить, может ли между атомамы поместиться молекула воды, которая должна располагаться между атомом остатка и атомами из его окружения. Диаметр ее составляет около 2*1.4 = 2.8Å (если рассматривать молекулу как один большой атом кислорода, пренебрегая водородом). Даже если взять значение в 4Å и предположить, что ван-дер-ваальсовы радиусы атомов минимальны, получится, что свободное расстояние составляет 4-2.8=1.2Å, что очевидно меньше диаметра молекулы H₂O. Приходим к выводу, что упаковка атомов достаточно плотная, а помещение молекулы воды между ними невозможно. [2]

Задание 3. Изображение белка в комплексе с ДНК.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (DNA) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу и реализацию генетической информации и программы функционирования. Все функции ДНК зависят от её взаимодействия с белками. Они могут быть как неспецифическими, когда белок присоединяется к любой молекуле ДНК, или зависеть от наличия особой последовательности. Молекулы белка, связанные в комплекс с ДНК инициируют последовательность биохимических транзиций (мутаций, приводящих к замене одного пуринового основания на другое). Достаточно давно известно, что эффективная передача генетической информации возможна, когда регулирующие геном белки строго специализированы и крепятся в определенном месте последовательности ДНК, называемом сайтом связывания. [3]
Хорошо изученными примерами взаимодействия белка и ДНК, не зависящего от нуклеотидной последовательности ДНК, является взаимодействие со структурными белками. В клетке ДНК связана с этими белками образует хроматин. У прокариот хроматин - при присоединении к ДНК небольших щелочных белков — гистонов, менее упорядоченный хроматин прокариот содержит гистон-подобные белки.
В то же время другие белки узнают специфические последовательности. Наиболее изученная группа таких белков — различные классы факторов транскрипции, то есть белки, регулирующие транскрипцию.
Ферменты (метилазы, полимеразы, нуклеазы, киназы, липазы, фосфотазы.) могут взаимодействовать с ДНK, РНК-полимеразами, которые копируют последовательность оснований ДНК на РНК в транскрипции или при синтезе новой цепи. [4]
Изучаемый комплекс - белок, являющийся фактором транскрипции, и двуцепочечная ДНК.

Источники:

[1] Е.А. Бессолицына "Структурная биохимия"
[2] Ю.В. Зефиров, П.М. Зоркий "Ван-дер-Ваальсовы радиусы атомов в кристаллохимии и структурной химии"
[3] А. Коломейский "Mechanisms of protein binding to DNA: statistical interactions are important"
[4]Dr.Ananya Mandal "DNA interactions with proteins"

---

© Marina Gladkova, 2016