Атлас контактов


Рицин

Рицин – высокотоксичное вещество, компонент эндосперма клещевины обыкновенной (Ricinus communis). Рицин представляет собой гетеродимерный белок, состоящий из двух цепей - A и B, из 576 аминокислот. Он способен необратимо нарушать синтез белка в клетках млекопитающих. Чтобы достичь субстрата, он должен не только преодолеть эндомембранную систему, но и пересечь внутреннюю мембрану, избежав полной деградации и малейшего ушерба для активности белка. Для этого каждая из цепей выполняет свою функцию. К B-цепи присоединены все лиганды, что обуславливает ее связывание с гликолипидами и гликопротеинами на поверхности клеток, благодаря этому A-цепь может проникнуть внутрь. B-цепь так же ответственна за агглютинацию клеток. Известно, что рицин проникает в клетки благодаря избирательному взаимодействию с галактозой клеточной мембраны. Связываясь именно с этим сахаром, молекула рицина вначале фиксируется на цитоплазматической мембране, а затем по механизму эндоцитоза проникает внутрь клетки. С другой стороны, известно, что молекула рицина сама гликозилирована. Основным сахаром, который входит в состав гликозидных структур, является манноза. В свою очередь, по маннозным остаткам макрофаги и лимфоциты также могут захватывать и пиноцитировать молекулы рицина. Результатом такого пиноцитоза во всех случаях будет гибель клеток. А-цепь действует как гликозидаза, которая удаляет специфический адениновый остаток из открытой петли 28S рРНК (A4324 у млекопитающих), что приводит к разрыву рРНК. А-цепь может вывести из строя несколько десятков тысяч матричных РНК в минуту – это быстрее скорости их сборки. Как следствие, рибосомы не могут выполнять свою функцию, и клетка не может синтезировать белки.

PDB ID: 2AAI

UniProt ID: P02879 (RICI_RICCO)

PubChem: 132567

Лиганды


MAN
ALPHA-D-MANNOSE
Название по IUPAC: (2S,3S,4S,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol
Брутто-формула: C6 H12 O6
Молярная масса: 180.16
PubChem ID: 185698

BMA
BETA-D-MANNOSE
Название по IUPAC: (2R,3S,4S,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol
Брутто-формула: C6 H12 O6
Молярная масса: 180.16
PubChem ID: 439680

NAG
N-ACETYL-D-GLUCOSAMINE
Название по IUPAC: N-[(2R,3R,4R,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)-2,4,5-tris(oxidanyl)oxan-3-yl]ethanamide
Брутто-формула: C8 H15 N O6
Молярная масса: 221.21
PubChem ID: 439174

NDG
2-(ACETYLAMINO)-2-DEOXY-A-D-GLUCOPYRANOSE
Название по IUPAC: N-[(2S,3R,4R,5S,6R)-2,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]ethanamide
Брутто-формула: C8 H15 N O6
Молярная масса: 221.21
PubChem ID: 439174

GAL
BETA-D-GALACTOSE
Название по IUPAC: (2R,3R,4S,5R,6R)-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol
Брутто-формула: C6 H12 O6
Молярная масса: 180.16
PubChem ID: 439353

BGC
BETA-D-GLUCOSE
Название по IUPAC: (2R,3R,4S,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol
Брутто-формула: C6 H12 O6
Молярная масса: 180.16
PubChem ID: 64689

Лиганд-белковые контакты

О лигандах

В данном белке, как можно видеть выше, присутствует 6 различных лигандов. Лиганды соединены с белком только ковалентными связями, с цепью B, и участвуют в проникновении токсина в клетку. Цепь B - лектин. Благодаря этому белок может избирательно связываться с ... на поверхности клеток, вызывая их агглютинацию. Для проникновения в клетку, рицин связывается с помощью лигандов и B-цепи с гликолипидами и гликопротеинами на поверхности клетки, которые связаны с остатками галактозы. А затем клетка сама путем эндоцитоза пропускает токсин внутрь.

Белок-белковые контакты

О гидрофобных взаимодействиях

В апплете представлены только самые крупные гидрофобные ядра (содержат больше десяти аминокислот). Гидрофобное ядро играет важную роль в сворачивании третичной структуры белка. Вода образует до 4-х водородных связей и для нее это энергетически выгодно. Гидрофобные остатки аминокислот не способны образовывать их, поэтому они собираются вместе, а вода окружает их, сталкивает в большие группы. Атомы, располагающиеся на расстоянии 4А от выбранного гидрофобного остатка, могут почти полностью покрыть его. Потому как, на расстоянии 4А сразу появляется большое количество атомов вокруг выбранного остатка. Те, которые появляются раньше – это ковалентные связи с другими аминокислотами.
Внутри гидрофобного ядра могут помещаться молекулы, которые будут очень маленьких размеров, и которые не вызовут дестабилизации системы, опять же очень маленькие. И чтобы это проверить, были проведены некоторые измерения, с которыми вы можете ознакомиться в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики некоторых атомов в гидрофобных ядрах

Имена атомов Расстрояние между ядрами атомов Расстояние между Ван-дер-Ваальсовыми поверхностями
ILE53:A.CG1, ILE1:A.CB 4.5A 0.8A
PHE57:A.CD2, LEU107:A.CD1 3.9A 0.2A
LEU107:A.CG, PHE108:A.CE2 4.3A 0.6A
Расчеты: расстояние между ядрами атомов - (атомный радиус атома1 + атомный радиус атома2) = расстояние между поверхностями. Среднее расстояние между между Ван-дер-Ваальсовыми поверхностями - 0.5A. Молекула воды между двумя соседними атомами поместиться не может. Она большая в диаметре – около 2,8А. Гидрофобные ядра были найдены с помощью сервиса Clud

Поиск атомов вокруг гидрофобного остатка был произведен с помощью команды within

Ссылка на скрипт
Ссылка на скрипт
Ссылка на скрипт
Ссылка на скрипт
Ссылка на скрипт

О водородных связях

Водородные связи образуются между сильно электроотрицательным атомом с неподеленными электронными парами (O, N, S) и водородом, на котором создается частичный положительный заряд, благодаря связи с другим жадным до электронов атомом. Донорами в водородной связи называют группы с протонами (SH-, OH-, NH-), а акцепторами - атомы с неподеленной электронной парой. Водородная связь сама по себе очень слаба, но они берут количеством.

Метод поиcка: Для поиска водородных связей были произведены следующие команды: define bneara :b and within(4.0, :a) , restrict :a or bneara, calculate hbonds. Водородных связей между аминокислотами цепочек А и В оказалось всего 3, их можно увидеть в JMol-апплете.

О дисульфидной связи

Дисульфидная связь – это ковалентная связь между двумя остатками серы в составе аминокислоты – цистеина. Только эта аминокислота способная образовывать такие связи. Дисульфидные мостики необходимы для поддержания прочности пространственной структуры белка. В данном белке дисульфидный мостик связывает две цепи между собой. И для проявления своих токсичных свойств эта связь должна разорваться. Длина ковалентной дисульфидной связи: 1,98 А Дисульфидные мостики важны для поддержания пространственной структуры многих белков.

Метод поиска: белок был покрашен по цепям (color chain), затем были найдены все цистеины и найден необходимый, между цепями.

О солевых мостиках

Ионные контакты или солевые мостики - это электростатические взаимодействия между полярно заряженными аминокислотами - Arg, Lys, His (заряжены положительно) и Asp, Glu (заряжены отрицательно). Их радикалы могут взаимодействовать между собой подобно низкомолекулярным ионам соли. Такая связь возможна и с растворителем.

Метод поиска: для поиска ионных мостиков были применены последовательно следующие команды в JMol: restrict charged, select :b, color green. Далее был произведен поиск потенциальных контактов между аминокислотами цепей A и B. Таких контактов оказалось не очень много. В JMol-апплете можно посмотреть на 2 из них.

Личный вклад

Кондратенко Наталья: Информация о лигандах, солевые мостики, водородные связи, дизайн страницы.

Нестеренко Екатерина: Информация о белке, гидрофобные взаимодействия, дисульфидные мостики, дизайн страницы.

Источники


©Кондратенко Наталья, Нестеренко Екатерина 2017