Структура белковых кристаллов и взаимодействия в них

Восстановление кристалла из PDB файла

Работа велась со структурой аденилаткиназы из Bacillus subtilis - 3DL0. PDB-файл содержит информацию о кристаллографической ячейке в поле CRYST1:

CRYST1   34.003   76.688   77.993  90.00  95.30  90.00 P 1 21 1      4

Первые три числа - длины направляющих векторов ячейки.
Следующие три числа - углы между этими векторами.
P 1 21 1 - тип кристаллографической ячейки. В данном случае она простая моноклинная.
Последнее число (4) - число молекул в одной ячейке.

PDB-структура 3DL0 была загружена в программу PyMOL для восстановления структуры кристалла. Полученные с помощью команды symexp изображения фрагмента кристаллической решетки показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Фрагмент кристалла изучаемого белка (вид с разных ракурсов). Раскраска по участкам вторичной структуры.

Из изображений 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 взаимдействий, определяющих структурур кристалла:

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

Рисунок 2. Фрагмент кристалла изучаемого белка (вид с разных ракурсов). Зеленым показан исходный димер и контур ячейки, серым - восстановленные молекулы.

На рисунке 3 представлены области контактов.

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

Области контактов довольно обширны, но в них не так уж много явных гидрофобных или полярных взаимодействий между аминокислотами. Те взаимодействия, что мне удалось обнаружить, представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Солевые мостике в области контакта между рядами. Слева: между боковыми группами остатка лизинва 23 цепи А и глутамата 156 цепи B, справа - между боковой группой лизина 55 цепи B и основной цепью цепи А (лизин 189).

Итак, можно скзать, что явных межмолекулярных взаимодействий немного, однако белок всё равно кристаллизуется. Я бы сказал, что на кристталлизуемость белка в данном случае повлияла форма молекула: мономер имеет довольно правильную форму без явных выступов, в объеме это практически параллелепипед. Поэтому небольшого количества взаимодействий достаточно, чтобы уложить белок в регулярную структуру.

Объяснение странностей расположения белковых цепей в структуре ДНК-белкового комплекса

Файл 3hdd содержит 3D-структуру гомеодомена engrailed из Drosophila в комплексе с молекулой ДНК, с разрешением 2,2 ангстрема. Как видно из рисунка 1 цепь расположена на краю молекулы ДНК, что не совсем естественно, 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. Слева - стркутура 3hdd, справа - восстановленные соседние ячейки.

После восстановления видно, что белковая цепь, находящаяся на краю одной молекулы ДНК, на сомом деле контактирует с молекулой ДНК из соседнея ячейки. Область контакта показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Область контакта цепи B с молекулами ДНК из соседних ячеек. Остатки, образующие связи с ДНК из соседней ячейки: Lys46, Gln50, Lys57.

Кроме того, похоже что эта цепь еще и контактирует с другой цепью B из тертьей ячейки, пример взаимодействия между белковыми цепями показан на рисунке 7.

Рисунок 7. Пример водородной связи между цепями B из разных ячеек.

Таким образом, можно сказать, что никакой странности по сути нет, просто рассмотрения одной ячейки в данном случае не достаточно для полного понимания строения ДНК-белкового комплекса.