Водородные связи между белком и ДНК. Белок в движении

В Jmol-апплете представлены ДНК-белковый комплекс из археи Sulfolobus solfataricus и ЯМР-структура. PDB-код комплекса: 2ASD (ссылка на pdb-файл), PDB-код ЯМР-структуры: 2DNZ (ссылка на pdb-файл).

После загрузки структуры ДНК-белкового комплекса можно запустить скрипт Hbonds (текст скрипта), который показывает водородные связи между белком и ДНК. Скрипт NMR (текст скрипта) показывает и измеряет подвижность различных атомов ЯМР-структуры.
Для продолжения выполнения скрипта нажмите кнопку Resume.

Jmol output:

Водородные связи между белком и ДНК

С помощью скрипта Hbonds можно рассмотреть водородные связи между белком и молекулой ДНК, с которой он взаимодействует. Водородные связи показаны фиолетовым цветом, остов белка серый, молекула ДНК желтая. В данном случае белок - ДНК-полимераза, он реплицирует молекулу ДНК, присоединяя к ней соответствующие комплементарные основания (показаны оранжевым цветом). Водородные связи между белком и ДНК необходимы для удержания белка на ДНК, таким образом, полимераза может присоединять комплементарные основания в правильное место, продвигаясь по молекуле ДНК.
Помимо водородных связей с ДНК, белок также образует водородные связи с присоединяемыми основаниями: можно увидеть многочисленные связи между белком и 2'-дезоксицитидин-5'-трифосфатом, который должен связаться со следующим основанием матричной цепи ДНК.

Гидрофобные кластеры на интерфейсе белка с ДНК

В скрипте Hbonds также показаны гидрофобные кластеры на поверхности ДНК. В таблице 1 приведена подробная информация об этих кластерах.

По данным, представленым в таблице, можно сказать, что гидрофобные кластеры на интерфейсе белка с ДНК немногочисленны и в их состав входит относительно небольшое количество атомов. В основном эти кластеры расположены на одноцепочечном участке молекулы ДНК. Возможно, они предотвращают взаимодействие этой цепи ДНК с другой цепью или защищают ее. Однако из-за небольшого числа атомов в кластерах можно предположить, что данные структуры случайны.

Подвижность различных частей белка

Скрипт NMR последовательно показывает разные аминокислотные остатки из структуры белка, расположенные в петлях (первые четыре остатка) и в элементах вторичной структуры (последние три остатка). Для каждого остатка отдельно изображены центральные C-α атомы во всех 20 моделях и наиболее удаленные от остова неводородные атомы боковой цепи (также во всех моделях). Наиболее удаленные друг от друга атомы отмечены красным цветом, скрипт печатает расстояние между ними в нанометрах. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Наибольшей подвижностью обладают две свободные петли белка. На этих петлях расположены остатки [ARG]308 и [SER]226. При этом наиболее удаленные от остова атома более подвижны, чем C-α атомы на остове. Также показаны остатки [PHE]238 и [ARG]268, расположенные на "замкнутых" петлях, которые находятся между элементами вторичной структуры. Эти остатки также достаточно подвижны, но немного меньше, чем остатки на свободных петлях.
Аминокислотные остатки, расположенные на α-спиралях ([ARG]284 и [MET]244), обладают меньшей подвижностью, чем остатки на петлях. При этом метионин менее подвижен, чем аргинин, скорее всего, из-за своей гидрофобности. Наименее подвижный остаток из исследованных - [TYR]232, расположенный на β-тяже. Тирозин также является гидрофобной аминокислотой и находится внутри глобулы белка, поэтому его атомы перемещаются на небольшое расстояние.

© Наталия Кашко, 2015