Практикум 7. Связывание лигандов. Карманы связывания. Индуцированное соответствие

Задание 1. Изменения

В этом практикуме изучались изменения в структуре белка, возникающие при связывании с ним лиганда. Для начала свободная форма белка и связанная были выравнены в Pymol.(рис.1) По выравниванию видно, что при связывании лиганда происходят конформационные изменения в структуре. Для начала рассмотрим сайт связывания лиганда и стабилизирующие закрытую конформацию взаимодействия, которые он опосредует. На рис.2 показан сайт связывания. Лиганд образует водородные связи с Glu-185, Ser-85, Asp-278, Ser-38, Asp-247. Так в отсутствии лиганда было бы невозможно сближение отрицательно заряженных карбоксильных групп Glu-185 и Asp-278. Также благодаря лиганду происходит стягивание Asp-247 и Ser-38.

Arg-254 находится в той же альфа-спирали, что и Asp-247. В закрытой конформации эта спираль сближается с петлёй, содержащей Ser-38 и Asp-39. Такое сближение обеспечивается как уже описанным взаимодействием Asp-247 и Ser-38 c лигандом, так и солевым мостиком между Arg-254 и Asp-39 (рис.3).

Также в закрытой конформации появились новые взаимодействия, стабилизирующие стягивание участков структуры, закрывающих карман связывания.
Например, в закрытой конформации возникает водородная связь между Ser-227 и Asp-63 (рис.4)

Также в закрытой конформации возникает водородная связь между Tyr-314 и Asp-247. (рис.5)

Еще не была рассмотрено взаимодействие между Ser-85 и лигандом (рис.2). В закрытой структуре у Ser-85 есть две альтернативные конформации. В конформации А –OH группа направлена в сторону и не способна образовывать водородную связь с лигандом. Населленность конформации А составляет 0.15. В конформации B Ser-85 образует H-связь с лигандом, населенность – 0.85. Поскольку в закрытой конформации у Ser-85 есть два альтернативных положения, из которых только одно участвует во взаимодействии с лигандом, можно предположить, что это взаимодействие не так важно для стабилизации структуры или связывания лиганда.

С помощью сервиса POCASA были определены полости в свободной структуре и связанной, из которой был удалён лиганд.(рис.5) На мой взгляд, сервис нашёл самые крупные полости в струтктуре. Полость, соответсвующая карману связывания лиганда, имеет ID 133 и покрашена розовым – в свободной структуре. В связанной форме этот карман не был найден. Из рис.2 и 3 видно, что в связанной форме облась кармана связывания довольно плотно упакована, кроме появившегося лиганда, многие остатки сдвинулись в эту область, чтобы участвовать во взаимодействиях с лигандом. Таким образом, карман оказался занят и поэтому сервис POCASA его не нашёл. Объём кармана в свободной форме составляет 125. Мне кажется, что стягивание остатков происходит во время связывания лиганда, поскольку оно необходимо для образования водородных связей, которые и обеспечивают закрепление лиганда в кармане.

Задание 2. Протонирование, подготовка к докингу

Для подготовки к докингу к свободной структуре были добавлены протоны с помощью веб-сервиса PDB2PQR. Добавление протонов к лиганду проводилось с помощью программы SPORES. (рис.6) Из рис.6 видно, что добавление протонов разумно.

Задание 3.

Для протонированной свободной структуры и протонированного лиганда был проведён докинг с помощью сервиса Webina. В результате было получено 9 различных поз лиганда. Все они были слабо похожи на позу лиганда в реальной связанной структуре. Реальная поза лиганда “прямая” (рис.6), а смоделированные слишком “согнутые”. Всё же я выбрала наименее “согнутую” позу 2 (рис.7) и визуализировала все взаимодействия в кармане свободной формы. (рис.8А), также были визуализированы взаимодействия реальной позы со связанной формой фермента(рис.8,B). Из рис.8 видно, что есть две общие водородные связи с Asp278 и Asp247. Думаю, эти связи можно считать ‘якорными’. Далее у лиганда образуются дополнительные связи. Поскольку без изменения конформации белка здесь явно не получается позы, похожей на реальную связанную, то можно утверждать, что в рассматриваемом случае имеет место эффект индуцированного соответствия.