Восстановление кристалла из PDB файла

Работа велась со структурой калий-связывающего белока из Bacillus subtilis - 2HMV.

PDB-файл содержит информацию о кристаллографической ячейке в строчке CRYST1:

CRYST1  127.464  127.464   51.401  90.00  90.00  90.00 P 4 2 2      16

Первые три числа - длины направляющих векторов ячейки.
Следующие три числа - углы между этими векторами.
P 4 2 2 - тип кристаллографической ячейки.
Последнее число (16) - число молекул в одной ячейке.

PDB-структура 2HMV была загружена в программу PyMOL для восстановления структуры кристалла. Полученные с помощью команды symexp изображения фрагмента кристаллической решетки показаны на рисунке 1.

Рис. 1. Фрагмент кристалла изучаемого белка.

Одна асимметрическая ячейка белка 2hmv включает в себя 2 цепи, а биологическая единица – октамер.

Рис. 2. Расположение молекул в одном из слоев кристаллографической ячейки. Красным цветом показан димер, описанный в PDB-файле, параллелепипед - одна кристаллографическая ячейка.

Из рисунка 1 видно, что молекулы белка в кристалле уложены слоями. Эти слои чередуются - молекулы белка в них уложены в противоположных ориентациях. Слои в свою очередь состоят из рядов молекул.

Таким образом, можно предположить несколько типов межмолекулярных взаимодействий, определяющих структур кристалла:

Взаимодействие между слоями
Взамимодествие внутри слоя между молекулами ряда
Взамимодествие внутри слоя между молекулами соседних рядов

Рис. 3. Взаимодействие между слоями (слева) и рядами (справа) молекул в кристаллографической ячейке.

На рисунке 4 представлены области контактов. Области контактов довольно обширны, но в них не так уж много явных гидрофобных или полярных взаимодействий между аминокислотами (кроме "внутрирядовых" взаимодействий, где субъединицы плотно соприкасаются).

Рис. 4. Межмолекулярные контакты в структуре исследуемого белка. Слева направо: между слоями, между рядами, внутри ряда.

Подводя итог, можно сказать, что межмолекулярных взаимодействий немного. Но есть и обширные области контакта. Вполне возможно, что этого будет достаточно, чтобы биологическая единица формировалась в мембране клетки и при формировании кристалла.

Объяснение странностей расположения белковых цепей в структуре ДНК-белкового комплекса

Если рассматривать структуру ДНК-белкового комплекса с идентификатором 3hdd, можно заметить одну странность.

На рисунке 5 (слева) мы видим, что один из гомеодоменов расположен на краю молекулы ДНК, что не совсем естественно, так как теряется часть связей, которые белковая цепь образует с ДНК. Для того, чтобы разрешить эту странность, с помощью команды symexp были восстановлены соседние ячейки (рисунок 5 - справа).

Рис. 5. Слева - стркутура 3hdd, справа - восстановленные соседние две кристаллографические ячейки.

Кусочки цепей ДНК, которые входят в кристалл, имеют липкие концы: выступающий 5' аденин и на другом конце 3' тимин. При кристаллизации они образуют пару и именно в этой бороздке, образованной цепями соседних ячеек, связана молекула белка. Можно сказать, что никакой странности по сути нет, просто для полного понимания строения ДНК-белкового комплекса в нашем случае не достаточно рассмотрения одной ячейки.

Асимметрическая и биологическая единицыы

В рентгеноструктурном эксперименте выделяют два "понятия": асимметрическая единица и биологическая единица. Асимметрическая единица - ячейка, движениями которой можно восстановить кристалл. Часто количество молекул, входящих в асимметрическую единицу не совпадает с теми, которые включены в биологическую.

Например, асимметрической единицей транспортного белка 5ЕЕЕ из Bos taurus является нефункциональный мономер, а функциональный комплекс представляет из себя димер (рисунок 6).

Рис. 6. Слева - асимметрическая ячейка 5ЕЕЕ, справа - биологическая ячейка 5ЕЕЕ. Изображения взяты с сайта PDB.

Другой пример: асимметрическая ячейка калийсвязывающего белока из Bacillus subtilis - 2hmv - включает в себя 2 цепи, а биологическая ячейка – октамер (рисунок 7). По одной молекуле и в данном случае удобно восстановить структуру всего комплекса.

Рис. 7. Слева - асимметрическая ячейка 2HMV, справа - биологическая единица 2HMV (октамер). Изображения взяты с сайта PDB.

Бывает другая ситуация, когда по некоторым причинам исследователям удобнее включить в асимметрическую единицу большее число молекул, чем это есть в настоящем комплексе.

Последнее обновление: 8.12.2016