Атлас контактов

Введение

Холестериноксидаза - бифункциональный фермент, катализирующий окисление 3-бета-гидроксильной группы холестерина и изомеризацию двойной связи полученного продукта [2].

Реакция окисления:

cholesterol + O2 = cholest-5-en-3-one + H2O2

Реакция изомеризации:

a 3-oxo-Δ5-steroid = a 3-oxo-Δ4-steroid

В организме бактерии холестериноксидаза служит ферментом, связывающим кофактор флавин-адениндинуклеотид (FAD). Идентифицированы две основные формы этого фермента: в форме I кофактор FAD нековалентно связан с белком, тогда как в форме II группа FAD ковалентно связана с His121. Нековалентные формы флавопротеина являются членами семейства флавоферментов, и имеют два остатка - His447 и Asn485, участвующие в окислении субстрата и являющиеся полуконсервативными. Окисление гидроксильной группы требует кофактора FAD, который одновременно редуцируется, но затем повторно окисляется с образованием перекиси водорода. (рис.1)

Бактерии, использующие холестериноксидазу, можно разделить на две группы: патогенные и непатогенные. Непатогенные, такие как стрептомицеты и бысторорастущие микробактерии могут использовать холестерин в качестве источника углерода и активировать экспрессию холестериноксидазы в его присутствии. Патогенные бактерии, например Rhodococcus equi, нуждаются в холестериноксидазе для инфекция макрофага хозяина; холестерин также регулирует экспрессию фермента в этих организмах. Предполагается, что роль фермента в патогенезе в изменении физической структуры липидной мембраны путем преобразования холестерина в холест-4-ен-3-он.

ChOx также обладает инсектицидными свойствами против личинки Coeloptera, которые являются сельскохозяйственными вредителями, и в настоящее время разработана для использования в обработке сельскохозяйственных культур [3].

Рис. 1

Лиганды

Flavin adenine dinucleotide ФАД — флавинадениндинуклеотид — кофермент, принимающий участие во многих окислительно-восстановительных биохимических процессах. ФАД существует в двух формах — окисленной и восстановленной, его биохимическая функция, как правило, заключается в переходе между этими формами. Он может быть восстанавливается до ФАДH2, когда принимает два атома водорода. Молекула ФАДH2 является переносчиком энергии и восстановленный кофермент может быть использован как субстрат в реакции окислительного фосфорилирования в митохондрии. Молекула ФАДH2 окисляется в ФАД, при этом выделяется энергия, эквивалентная (запасаемая в форме) двум молекулам ATФ. Активной частью кофермента является флавин (изоаллоксазин), имеющий сопряженную систему из трех колец, которая может при восстановлении принимать два электрона и два протона [5].

Таблица 2. [4] Информация о физико-химических свойствах Флавина адениндинуклеотида

Название по IUPAC	[[(2R,3S,4R,5R)-5-(6-aminopurin-9-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl] [(2R,3S,4S)-5-(7,8-dimethyl-2,4-dioxobenzo[g]pteridin-10-yl)-2,3,4-trihydroxypentyl] hydrogen phosphate
Химическая формула
Брутто-формула	C27H33N9O15P2
Молярная масса	785,5 г/моль
Идентификатор в PubChem	643975

Солевые мостики возникают между положительно и отрицательно заряженными боковыми радикалами аминокислотных остатков, расстояние между атомами которых не может быть больше 4 А. Ионное взаимодействие между атомами относится к электростатическим [6].

Чтобы найти солевые мостики можно воспользоваться командами выделения отрицательно заряженных остатков "select acidic" и выделения положительно заряженных остатков "select basic", затем окрасить их в разный цвет. Таким образом были выбраны остатки: два аргинина и аспаргиновая кислота. Далее было проверено не превышает ли расстояние между заряженными атомами 4 ангстрема с помощью команды "select within(4,64) and protein". Так было установлено, что между этими остатками есть солевые мостики.

1. Минимальное расстояние от остатка, на котором атомы окружения почти полностью покрывают тирозин - 4 Å.

2. Характерное расстояние между соседними не связанными ковалентно атомами в белке колеблется до 2 Å. Минимальное расстояние, от тирозина до атома, не связанного с ним ковалентно - 1.32 Å.

3. Так как диаметр атома кислорода составляет 3.2Å. Молекула воды не сможет поместиться между соседними аминокислотными остатками.

Чтобы найти гидрофобное ядро, с помощью команды "select hydrophobic" были найдены гидрофобные аминокислотные остатки, а также было видно расположение между ними полярных аминокислот. Так был выбран участок белка с большой плотностью гидрофобных радикалов. Из них был выбран крупный остаток - тирозин. Затем над ним были проделаны исследования, описанные в практикуме.

Для исследования данных контактов снова был взят лиганд FAD. Выяснилось, что между ним и белком нет других взаимодействий, кроме водородных связей.

Автором данного исследовательского мини-проекта является Горелова Ирина. Хотелось бы выразить огромную благодарность:

Салимгарееву Руслану за помощь на начальном этапе с поиском информации о белке и о разных контактах, в частности с поиском солевых мостиков и гидрофобного ядра. А так же за общее моё понимание скриптов Jmol.

Никитину Иннокентию за помощь с лиганд-биомолекулярными контактами и с написанием кнопок апплета, особенно кнопки "сохранить изображение".

Малеевой Александре за "толчок" в сторону лучшего понимания скриптов Jmol.

1.https://www.uniprot.org/uniprot/P12676

2.https://www.rcsb.org/structure/4rek

3.Zarychta, B., Lyubimov, A., Ahmed, M., Munshi, P., Guillot, B., Vrielink, A., & Jelsch, C. (2015). Cholesterol oxidase: ultrahigh-resolution crystal structure and multipolar atom model-based analysis. Acta Crystallographica Section D Biological Crystallography

4.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

5.https://wiki2.org/ru/Флавинадениндинуклеотид

6.Учебный сайт Хвень Ирины. Солевые мостики в белке дисульфидного обмена Chlorobium tepidum TLS.