Ligand

Изображение области связывания глицерина с белком DKGA

На приведенном рисунке показана область взаимодействия глицерина и белка DKGA. Синим цветом изображена цепь А белка в остовной модели. Фиолетовым цветом показаны аминокислотные остатки, непосредственно взаимодействующие с лигандом. Зелеными шариками отмечены те атомы, с которыми связывается лиганд. Красным и оранжевым цветами показаны аминокислоты Trp109(AA1) и Ala52(AA2), выбранные для возможного генно-инженерного эксперимента. Крупные красные и серые шарики - это, собственно, сам лиганд - 2 молекулы глицерина.

План генно-инженерного эксперимента

Список аминокислот, взаимодействующих с глицеролом: Trp24, Gln25, Ala51, Tyr52, Trp79, His108, Trp109, Trp189, Pro269, Phe27
К потере связывания глицерина с белком может привести замена 109 остатка триптофана на аспарагиновую кислоту
Замена 52 остатка аланина на валин не приведет к потере связывания глицерина с белком
Обоснование указанных выше замен:
Взаимодействие глицерола с белком – гидрофобное, т.к. лиганд окружен гидрофобными аминокислотами (тирозин, триптофан, фенилаланин, аланин – всего 7 из 10 взаимодействующих ) и контакт очень плотный. К тому же, если посмотреть на расположения молекул воды, то они встречаются довольно равномерно во всем белке, но в месте контакта их нет вообще, т.к. расстояние между атомами C не позволяет им попасть внутрь контакта. Также связь лиганда с белком обуславливают 2 Ван-дер-Ваалльсовых взаимодействия (3-ий кислород 1-ой молекулы глицерина и кислород боковой цепи тирозина 52, 2-ой кислород 2-ой молекулы глицерина и кислород из радикала глутамина 25)и 1 водородная связь(2-ой кислород 1-ой молекулы глицерина и азот из радикала триптофана 109). Но эти взаимодействия не оказывают значительного влияния на характер взаимодействия в силу их маленького количества. Таким образом, замена аланина на валин, также гидрофобную аминокислоту с очень похожим строением, не должна повлиять на связь. Выбор валина также обоснован и тем, что это гидрофобная аминокислота, схожая по размеру с аланином. Те, которые больше (например, фенилаланин) физически не поместятся в пространство, занимаемое аланином. А глицин поместится, и связь может стать только более сильным (более плотный контакт), и вода все равно не сможет поступать внутрь контакта: расстояние между C-бета атомом аланина (или глицина) и атомом лиганда равно 4.8 ангстрема, а туда добавятся еще 2 углерода. Замена гидрофобного триптофана на гидрофильную аспарагиновую кислоту приведет к потере связывания лиганда с белком, т.к. если внутрь гидрофильной связи поступит вода, то связь будет нарушена. Собственно, если на месте триптофана будет аспарагиновая кислота, то белок будет иметь другую вторичную структуру и не сможет связываться с глицеролом. Замена именно триптофана основана на том, что это большая гидрофобная кислота, занимающая пространство вокруг лиганда, образуя гидрофобную связь (из 10-ти остатков 4 – триптофаны). Если ее заменить ее гидрофильной и меньшей по размеру, то связь если не пропадет, то сильно ослабнет. Также будет разрушена водородная связь с лигандом.