Описание области контакта белка и лиганда ZnPO₄^- в структуре 3HQ2

Главная Семестры Первый семестр Второй семестр Проекты Обo мне Заметки Ссылки

Белок состоит из двух цепей, каждая из которых содержит по 494 аминокислот. Эти цепи имеют сходную вторичную и третичную структуру, возможно, белок является гомодимером. В белке довольно много лигандов-кофакторов (в общей сложности 7 лигандов). Однако их набор ограничивается пятью типами лигандов: это 1 частица Zn₂Cl₂, 2 молекулы ZnCl₂, 1 ион ZnCl^-, 2 иона ZnPO₄^- и 1 ион F^-.

Субъединицы белка взаимодействуют друг с другом, по-видимому, из-за Ван-дер-Ваальсовых сил. В месте контакта субъединиц не наблюдалось большее сосредоточение гидрофобных аминокислот (рис.2). Приблизительно такм же находится ион F^-. Быть может, он играет какую-нибудь функцию при "слипании" мономеров. Место контакта субъединиц довольно узкое - около 2,67нм в длину и окло 2,3нм в ширину. Между субъединицами пролегает глубокая щель, в которой располагается ион F^-. Возможно, она играет не последнюю роль в катализе.
Размеры белка (длина, ширина и высота - условные названия), а так же отдельных субъединиц приведены в таблице 1. Неравенство значений одного параметра у разных цепей объясняетcя разной ориетацией цепей в плоскости измерения.

Параметр Белок Цепь А Цепь В Длина 9,519нм 95,19Å 9,519*10-9м 5,425нм 54,25Å 5,425*10-9м 4,589нм 45,89Å 4,589*10-9м Ширина 7,875нм 78,75Å 7,875*10-9м 7,774нм 77,74Å 7,774*10-9м 7,875нм 78,75Å 7,875*10-9м Высота 5,762нм 56,72Å 5,762*10-9м 5,762нм 56,72Å 5,762*10-9м 5,351нм 53,51Å 5,351*10-9м
Таблица 1. Размеры белка и субъединиц	Рис.2. Гидрофобные амнокислоты белка 3HQ2. Цепь А - синий цвет, цепь В - зеленый цвет. Гидрофобные аминокислоты - желтые.

В таблице 2 приведены размеры кофакторов белка. Кофакторы - это небольшие неорганические молекулы, и неудивительно, что их размер относительно размера белка ничтожен. Тем не менее, функциональной активностью белок без кофакторов в подавляяющем большинстве случаев не обладает.

Это связано с их особой ролью в белке. Одни лиганды входят непосредственно в активный центр фермента и каким-либо образом координирую субстрат во время реакции, другие играют роль алостерических реуляторов, третьи облегчают связывание субстрата в полисубъединичном белке, изменяя конформацию одного мономера (коопреативный механизм). Это далеко не все типы взаимодействия между лигандом и белком.

Что интересно, один из лигандов белка расположен вне него. На самом деле он находится между двумя такими белками, то есть в клетке функционирует не димер, а тетрамер (рис.3). Возможно, такая оранизация облегчает его активность - например, если механизм действия аналогичен механизму связывания кислорода гемоглобином. Однако есть и другое объяснение этому факту. Карбоксипептидаза отщепляет от субстрата-белка по одной аминокислоте, причем действует она с C-конца. Скорость деградации белка, очевидно, увеличивается, если две карбоксипептидазы, находящиеся рядом, будут работать вместе.

Выбранный для анализа лиганд расположен в цепи А. Его окружают как α-спирали, так и β-тяжи. Это лиганд через Zn ковалентно связан с белком, а именно с остатками гистидина и глутамата (Glu 295, His 269 и His 265). Кроме того, нековалентными связи лиганд образует с тирозином (Tyr 420), глутаматом (Glu 266) и двумя молекулами воды. На рисунках 4 и 5 окружение лиганда отображено схемой и в виде картинки, полученной в JMol.

Рис.4. Область контакта ZnPO4- с белком (схема).	Рис.5. Область контакта ZnPO4- с белком (картинка из JMol). Желтым цветом обозначены бета-тяжи, малиновым - альфа-спирали, белым - неструктурированные элементы. Контактирующие остатки выделены wireframe и cpk.

Все избражения были получены с помощью этого скрипта.

Потеря ферментом карбоксипептидазной активности может быть обусловлена потерей сродства белка к одному из лигандов. Кофактор, рассматривающийся в предыдущем разделе,безусловно, весьма важен для фермента. Это подтвержает и эпитет фермента, фигурирующий в названии белка - металл-завсимая карбоксипептидаза. Для того, чтобы кофермент перестал связываться с белком, стоит лишь заменть аминокислоты, участвующие в координации лиганда.

Гистидины и глутамат, ковалентно связанные с цинком, нужно заменить на остатки аминокислот, радикалы которых существенно отличаются о них. Для глутамата - это любой аминокислотный остаток, не имеющий свободной OH группы. Им может быть триптофан, аланин, лизин... Если же заменить глутамат на аспартат, скорее всего, связь будет образовываться, хотя и не такая прочная, что связано с разной длиной радикала.
Гистидины связываются с цинком через азот, находящийся в положительно заряженном кольце (хотя заряд, наверное, роли не играет). Думается, потенциальных заменителей у гистидина нет - любая замена будет приводить к потере сродства к лиганду.
Что касается удаления водородной связи, образованной между тирозином и кислородом, его можно добиться, если заменить тирозин на любую алифатическую аминокислоту, триптофан или фенилаланин. Для того, чтобы замена тирозина не приводила к существенной потере сродства белка к лиганду, нужно использовать аминокислоты с полярным радикалом, способные быть донором водорода (например, цистеин). Однако проблема усложняется довольно крупными размерами адикала у тирозина, так что, скорее всего, длина водородной связи при замене увеличится.