Исследование белок-нуклеиновых контактов

Различия между файлами 2CGP.pdb и 2CGP_mmol.pdb

Общее описание файла 2CGP_mmol.pdb:

PDB-код комплекса - 2CGP
Название - TRANSCRIPTION/DNA (CATABOLITE GENE ACTIVATOR PROTEIN/DNA COMPLEX, ADENOSINE-3',5'-CYCLIC-MONOPHOSPHATE)
Организм - Escherichia coli
Метод получения - XRAY DIFFRACTION
Содержащиеся молекулы: CATABOLITE GENE ACTIVATOR PROTEIN - цепь А, MOLECULE: DNA (5'-D(*GP*TP*CP*AP*CP*AP*TP*TP*AP*AP*T)-3') - цепь B,MOLECULE: DNA (5'- D(*AP*TP*TP*AP*AP*TP*GP*TP*GP*AP*CP*AP*TP*AP*T)-3') - цепь С.

Ознакомившись поподробнее с файлами полученными ранее, мы уже при простом расмотрении в RASMOL можем заметить, что данный документы отличатся,также мы можем заметить что второй файл будто бы больше первого в 2 раза, как оакзалось, действително содержится две идентичных цепи белка и ДНК, так что при дальнейшем рассмотрении можно будет испльзовать только одну из цепей, хотя довольно удивительно, что и дн состояла из тех же нуклеотидов. Часть можно просто убрать из рассмотрения либо вообще удалить. Вообще файлы в принципе в остальном не отличаются, использован один и тот же методаналаза структуры, даже аавторы одни и те же, правда я заметил, что в координатах для одинаковых цепей прослеживается паралельный перенос в пространстве на сотые доли (координат).

Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты

Для выполнения этого задания предварительно был создан дополнительный скрипт файл more.def.. С помощью даного файла мы определили полярные и неполярный остатки дэзоксирибозы, остатки фосфорной кислоты полярные и неполярные остатки азотистых оснований в малой и большой бороздках. Пользуясь также скрипт файлом данным при работе, мы можем получить такой обобщенный скрипт файл. В результате для каждого видаконтактов мы получаем свое изрбражение, как и следовало ожидать мы каждый раз получаои симметричную картинку атомов, образующих контакты. Результаты исследования каждого из изображений приведены в нижележащей таблице, описывающей образующиеся контакты:

	Полярные	Гидрофобные	Всего
Контакты белка с ...
... остатками 2'-дезоксирибозы	0	8+8	16
... остатками фосфорной кислоты	5+5	0	10
... остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	4+4	8+8	24
... остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	0	0

Для более подробной информации о том какие именно атомы взаимодействуют вы можете найти, при помощи RASMOL выполнив скрипт - все атомы подписаны с указанием на номер, и номер аминокислоты. Получили довольно интересный результат - в нашей биологической единице важны как полярные так и неполярные взаимодействия, понятно что гидрофобных взаимодействий с остатками фосфорной кислоты неуказано, так как нет гидрофобных атомов. Можно заметить что контакты не разбросаны по всей области, а распределены по конкретным участкам связывания, которые скорее всего и будут консервативными позициями. К этому вопросу мы вернемся несколько позже. Сдесь же отметим важномть большой бороздки в образовании контакта, что характерно для ДНК-белок комплексов.

Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК

Получив таблицу с распределением различных типов контактов, мы можем заметить что ряд атомов относится к одинаковым аминокислотам, причес и связи могут образовываться как гидрофобные так и полярные, такие аминокислоты, скорее всего, являются особо консервативными для данного белка. Для изучения была выбрана аминокислота ARG185, которая участвовала в полярном контакте белка с большой бороздкой ДНК (2 контактирующих атома азота), а так же в гидрофобном контате так же с основаниями из большой бороздки. Тот факт, что и тот и другой род контактов образовывался сбольшой бороздкой еще раз говорит о возможной значительной консервативности данно аминокислоты. Для того чтобы построить изображение области контакта, мы воспользовались способностями программы RASMOL, сначала мы все удалили, а потом использовали команду

select within (4.5, 185a) and (mjgpol, mjgnepol)

Изображение контакта приведено ниже:

Для наглядности сама аминокислота не изображена в шариковой модели, а привдена в виде толстой проволочной модели, как сы можем видеть на рисунке, аминокислота вклинивается в область большой бороздки, связываясь с целым рядом атомов при помощи полярных соединений, а так же существуют и гидрофобные взаимодействия.

Описание функций исследованного белка

Для того, чтобы получить описание данного белка, мы нашли сначала его идентификатор по UniProtKB/Swiss-Prot, как оказалось (что собственно было выяснено и ранее), это белок из кишечной палочки и его AccesionNumber = P0ACJ8. По данной записи провели поиск и нашли информацию о данном белке в Pfam:

Данный белок содержит 2 домена, в связывании с ДНК из них участвует 2-й, собственно его мы и рассмотрим. Это бактериальный регуляторный домен, относящийся к семейству crp доменов (запись PF00325), является членом Helix-turn-helix clan (домен вида альфа-спираль - бэта-тяж - альфа-спираль), Белки содержащие домен очень разнообразны, но они могут быть отнесены к 1 суперсемейству белков, выделяемое на основе схожести отсеквенированых последовательностей. Белки связывают HTH мотив с белками регулирующими транскрипцию, в данное суперсемейство входят белки anr, crp, clp, cysR, fixK, flp, fnr, fnrN, hlyX and ntcA. При изучении данного домена, было изучено выравнивание с близкородственными белками, а так же мы рассмотрели, консервативность исследуемой позиции 185ARG, как оказалось данная позиция удивительно консервативна, и замены в не довольно редки, в качестве римера привожу участок из полного выравнивания (дело в том, что при рассмотрени неполного выравнивания произошли некоторые затруднения):

То есть таким образом мы посмотрели, действительно ли сведения о контактах могут помочь при определении консервативныых позиций. Кроме того, если проанализировать и другие контакты - особенно которые встречались не один, а несколько раз, то мы видим, что результаты сходятся - позиции действительно оказываются консервативными.

Построение схемы контактов белка с ДНК

При помощи программы nucplot,предназначенной для визуализации контактов между ДНК и белком, получили схему контактов (при этом запускалась следующая крманда: nucplot 1cgp_mmol.pdb ). Кроме собственно изображения были получены и другие файлы, но их рассмотрением мы не занимались. Ниже приведен рисунок:

Как мы можем видеть, эта програма довольно наглядно показывает, как с чеми какие контакты образуются, но надо отметить и то, показаны только основные контакты, но ряд контактов, которые мы могли фиксировать при помощи RASMOLa. прото не вошел в рассмотрение программы. Возможно здесь указаны лишьте контакты, которые несут реальный вклад в создание связи белка и ДНК. Такой вывод приходит из размышлений о том, что пострадали только контакты с сахаром и контакты с остатками фосфора. Связи же с большой бороздкой ДНК была представлена полным (конечно, мы не знаем какой полный, но судя из рассмотрения при помощи RASMOL) набором контактов. Интересно, что звездочка над цифрой означает, что один из полярных контактов является водородной связью, реализуемой через воду.