Описание области контакта белка и лиганда SO42- в структуре YXIM

Лиганды в структуре YXIM

Молекула белка YXIM соединена с двумя лигандами - катионом Mn2+ и анионом SO42- (см. рис.1). Они достаточно малы по отношению к размеру белка (данные, полученные при измерениях молекул в JMol, приведены в таблице 1).

Таблица 1. Размеры белка YXIM и его лигандов

Молекула Размер
Å нм м
Полипептидная цепь 72,5 x 39,5 x 32,9 7,25 x 3,95 x 3,29 7,25*10-9 x 3,95*10-9 x 3,29*10-9
Сульфат-ион 2,4 0,24 2,4*10-10
Ион маргнца 0,8 0,08 8*10-11
Рис.1 Белок YXIM и его лиганды. Белок окрашен цветовым переходом от синего к зелёному (от N-конца к C-концу соответственно), фиолетовым - ион марганца, жёлтым - атом серы и красным - атомы кислорода. Аминокислотные остатки, взаимодействующие с лигандами, окрашены стандартными цветами и подписаны. Дополнительные карбоксильные группы остатков аспартата №19 и №65 (их атомы кислорода окрашены красным цветом) связываются с положительно заряженным ионом марганца, дополнительные аминогруппы остатков лизина №140 и аспарагина №100 (их атомы азота окрашены синим цветом) связываются с отрицательно заряженным сульфат-ионом.

Белок YXIM по функции является эстеразой, но его конкретная функция ещё не выяснена. Невозможно точно сказать, играет ли присутствие сульфат-иона в белке какую-то роль или является артефактом.
Как и многие другие катионы металлов, Mn2+, скорее всего, является кофактором, косвенно влияет на форму активного центра фермента.

Анализ области контакта белка из структуры YXIM и лиганда SO42-

Среди лигандов белка YXIM наиболее сложным по строению является сульфат-ион (на рис.1 его атомы окрашены жёлтым и красным). Данный ион контактирует с аминокилотными остатками ARG100 и LYS140 (см. рисунки 2 и 3)*. Между атомами кислорода сульфат-иона и атомами азота аминогрупп боковых цепей аргинина и лизина образуется ионная связь, SO42- находится от аминокислотных остатков на расстоянии около 0,3 нм.

Рис.2 Связь участка белка YXIM и сульфат-иона, 3D-модель. Лиганд и взаимодействующие с ним аминокислотные остатки окрашены стандартными цветами (углерод - серым, азот - синим, кислород - красным, сера - жёлтым), пунктиром обозначены наиболее вероятные связи, серыми полупрозрачными линиями - не участвующие в исследуемом взаимодействии участки цепи. .
Рис.3 Связь участка белка YXIM и сульфат-иона, схема. Наиболее вероятные связи обозначены пунктирными стрелками, пунктирными линиями обозначены части цепи белка, отходящие от аминокислотных остатков ARG100 и LYS140.

* - получить данные изображения можно с помощью с помощью программы JMol такой последовательности команд

Проект генно-инженерного эксперимента с белком структуры YXIM

Белок YXIM связывает отрицательно зряженый лиганд SO42- остатками аргинина (№ 100) и лизина (№ 140) - остатками положительно заряженных аминокислот.

Предположим, нам необходимо, чтобы белок перестал связывать данный лиганд. Тогда нужно, чтобы оба аминокислотных остатка на позициях 100 и 140 не были заряжены положительно. Тогда мы можем заменить исходные аминокислоты на любые, кроме лизина, гистидина и аргинина.

Если же нам понадобится заменить аминокислоты так, чтобы белок продолжал связывать лиганд, мы можем использовать два пути.

  1. Заменить любой из остатков 100 и 140 на другую положительно заряженную аминокислоту (His, Arg, Lys))
  2. На одной из позиций оставить одну положительно заряженную аминокислоту (His, Arg, Lys), а на вторую поставить незаряженную или заряженную нейтрально (заряженная отрицательно будет отталкивать анион).

Во втором случае, лиганд будет связываться слабее, так как будет взаимодействовать только с одним аминокислотный остатком. Можем считать первый вариант более предпочтительным.

Обобщённые результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2. Возможные замены аминокислот

№ Задача эксперимента Подходящая для замены аминокислота
на позицию 100 на позицию 140
1 Потеря белком способности связывать лиганд Ala, Gly, Val, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr, Cys, Met, Asp, Asn, Glu, Gln, Phe, Tyr, Trp Ala, Gly, Val, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr, Cys, Met, Asp, Asn, Glu, Gln, Phe, Tyr, Trp
2 Сохранение белком способности связывать лиганд Lys, His Arg, His