Сравнение РСА и ЯМР


Модели

Для работы был выбран онкогенный белок человека ганкирин (human oncogenic protein gankyrin). Белок состоит из одной цепи, длина которой составляет 226 аминокислотных остатка.

На рис. 1 показаны ЯМР и РСА структуры для белка ганкирина. Видно, что модели ЯМР структуры между собой довольно хорошо коррелируют. Заметные расхождения наблюдаются в области одной из альфа-спиралей, а также в изгибах.

Рис.1 Структуры онкогенного белка человека ганкирина

Зеленым цветом представлена ЯМР модель 1TR4, розовым цветом РСА модель 1UOH.

На рис. 2 показано совмещение структуры, полученной с помощью РСА со структурой, полученной методом ЯМР посредством Jmol.

Рис.2 Наложение структуры 1UOH и моделей 1TR4.

Слева зеленым цветом представлена ЯМР модель 1TR4, справа розовым цветом РСА модель 1UOH.

Заметим, что и на совмещенной структуре самыми подвижными элементами является одна из альфа-спиралей и изгибы, причем спираль даже в большйе степени.

Водородные связи в РСА структуре 1UOH

Выберем 3 водородные связи для анализа:

  1. Остовную в альфа-спирали - LEU-125 и ILE-121
  2. Водородную связь боковых цепей в ядре белка - ALA-148 и ARG-184
  3. Водородную связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы - ALA-72 и GLN-104
Будем считать, что между донором протона и акцептором есть водородная связь, если расстояние между ними меньше 3.5 Å. Условие на углы проверяем визуально: воображаемый водород должен быть на линии донор-акцептор или отклоняться от этой линии не более чем на 70°.

Рис.3 Остовная водородная связь в альфа-спирали

Водородная связь образуется между остатками LEU-125 и ILE-121, которые представлены в шарнирной модели. Длина связи составляет 2.9 Å. Красными звездочками показаны молекулы воды.

Рис.4 Водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы

Водородная связь образуется между остатками ALA-72 и GLN-104, которые представлены в шарнирной модели. Длина связи составляет 3.1 Å.

Рис.5 Водородную связь боковых цепей в ядре белка

Водородная связь образуется между остатками ALA-148 и ARG-184 , которые представлены в шарнирной модели. Длина связи составляет 2.8 и 3.4 Å.

Представители данных 3 типов водородной связи, на самом деле, были выбраны из большого количества связей, которые присутствуют в этом белке. Очень много водородных связей образуется с боковыми цепями остатков и молекулами воды, которые закристаллизовались вместе с белком.

Остовная водородная связь в альфа-спирали, изображенная на рис.3 поддерживает структуру спирали. Водородная связь в петялях на рис.4, в основном образуется через молекулы воды (не показано на рисунке). Водородные связи в боковых цепях, изображенные на рис.5 скорее всего стабилизируют структуру белка в целом, то есть не дают соседним альфа-спиралям "развалиться" друг от друга.

Водородные связи в ЯМР структуре 1TR4

Выбранные водородные связи были проанализированы в ЯМР структуре.

Рис.6 Остовная водородная связь в альфа-спирали, ЯМР

Водородная связь образуется между остатками LEU-125 и ILE-121.

Рис.7 Водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы, ЯМР

Водородная связь образуется между остатками ALA-72 и GLN-104, длина связи составляет 2.2 Å. Видно, что по сравнению с РСА, данная связь образуется только в 1 случае из 20.

Таблица 1. Подробные сведения о проанализированных водородных связях
Расположение
 Донор Акцептор Длина (РСА)
 Количесвто моделей ЯМР,
образующих связь (и доля)
 Наименьшая длина связи
среди ЯМР моделей
 Наиболшая длина связи
среди ЯМР моделей		 Медианная длина связи
в моделях ЯМР
Остов
α-спираль
Ядро глобулы		 Leu125 Ile121 2.9 Å 19 (95 %)
 1.9 Å 2.5 Å 2.2 Å
Остов
Петля
Поверхность глобулы		 Gln104 Ala72 3.1 Å 1 (0.05 %)
 2.2 2.2 2.2
Боковая цепь
α-спираль
Поверхность глобулы		 Arg184 Ala148 2.8Å 0 (0%)
 - - -

Выводы

Как и ожидалось, в ЯМР наибольшее количество моделей образуют водородную связь в остове альфа-спирали. Это логично, так как эта связь образует альфа-спираль и вторичные структуры явялются достаточно стабильными. Выбранной водородной связи боковых цепей в ядре белка в моделях ЯМР не оказалось, это можно объяснить тем, что аргинин обладает достаточно подвижной боковой группой и она, возможно, образует связь с другим остатком в структурах ЯМР. Выбранная водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы нашлась всего лишь в одной модели ЯМР. Структура петель может значительно варьировать, поэтому ничего удивительного в таком малом количестве нет.

© Nuzhdina Ekaterina, 2015