Восстановление окружения молекулы белка в кристалле
I. Взаимодействия с белками из соседних ячеек в структуре 1bl8
В данной работе рассмотрены взаимодействия с белками из соседних ячеек в структуре 1bl8, определяющие стабильность кристалла.
Кристаллографические характеристики
В поле CRYST1 записи PDB указаны кристаллографические характеристики. Для модели 1bl8 эта строка имеет следующий вид:
CRYST1 128.780 68.930 112.040 90.00 124.63 90.00 C 1 2 1 16
Первые три числа – значения длин направляющих векторов кристалла, следующие три – углы между направляющими векторам. Число молекул в ячейке равно 16. Название кристаллографической группы C 1 2 1 означает, что элементарная ячейка 1bl8 – моноклинной сингонии (alpha,gamma = 90, beta != 90). Для этой пространственной группы заданы следующие операторы симметрии:
- X, Y, Z
- -X, Y, -Z (поворот на 180 градусов в плоскости XZ)
- X+1/2, Y+1/2, Z (смещение)
- -X+1/2, Y+1/2, -Z (поворот со смещением)
Построение соседних ячеек кристалла
Модель 1bl8 описывает калиевый канал Streptomyces lividans, активная форма - гомотетрамер. Ассиметрическая единица - белок из цепей A, B, C, D. Изображения структуры белка и соседних ячеек кристалла представлены ниже.
Рис.1-1. Структура 1bl8 и белков из соседних ячеек (слева - несколько, справа - только два, имеющих взаимодействия на расстоянии <= 4 ангстрем).
Однако востановленная струткруа кристалла на рисунке 1 не полная. При построении соседних ячеек на большем расстоянии можно видеть и другие соседние ячейки. На рисунке 1-2 представлена полная структура кристалла с порогом 30 (symexp sym, 1bl8, 1bl8, 30).
Рис.1-2. Структура 1bl8 и белков из соседних ячеек .
II. Анализ внутрикристаллических контактов
На рисунке 1-1 красной поверхностью выделены атомы 1bl8 из исходной и соседней ячеек, находящиеся на расстоянии менее 4 ангстрем. Это остатки пролина и валина. При выборе выделенных атомов в отдельные множества с помощью команды, показывающей водородные связи, можно увидеть пять изображающих их пунктирных линий. Однако между остатками пролина и валина не может быть водородных связей, показанных на рисунке. Куда более вероятны гидрофобные взаимодействия, которые скорее всего наблюдаются в кристалле. Видимо, они играют важную роль в образовании кристалла. Было предположено, что есть еще какие-либо боковые взаимодействия с соседними белковыми молекулами, но они обнаружены не были. Выходит, что, вероятно, наблюдаемых гидрофобных взаимодействий достаточно для поддержания структуры белка.
Рис.2. Взаимодейтсвия между молекулами белков соседних ячеек из модели 1bl8.
symexp sym, 1bl8, 1bl8, 30
Белковые цепи в структуре ДНК-белкового комплекса 3hdd
Анализ внутрикристаллических контактов
Модель 3hdd представляет структуру комплекса engrailed Drosophila melanogaster. Это транскрипционный фактор, он связывается с ДНК. В данной работе рассмотрена модель этого белка. На рисунке 3 представлен общий вид модели 3hdd.
Рис.3. Общий вид модели 3hdd. Желтым выделена цепь А, зеленым выделена цепь В.
Далее представлен ряд картинок с последовательным добавлением соседних белков. Желтым выделена цепь А, зеленым выделена цепь В.
Рис.4. Серия из 4 картинок с последовательным добавлением белков из соседних ячеек. Желтым выделена цепь А, зеленым выделена цепь В.
Рис.5. Общий вид белка и двух соседей.
Из рисунков 3-5 видно, что цепи А и В белка связываются с молекулами ДНК с определенной периодичностью. Можно отметить, что спирали ДНК образуют своего рода решетку. Соседние спирали расположены под углом друг к другу, в то время как спирали слоев через один ориентированы паралельно.
Также видно, что цепь А ложится в большую бороздку ДНК. Однако по виду одной ассиметрической единицы кажется, что цепь В висит в воздухе. Но в кристалле видно, что цепь В также связана с ДНК.
Также видны взаимодействия между одинаковыми цепями соседних белков. На риснуке 6 показаны "соседи" по цепям В, на рисунке 7 - водородные связи между остатками цепей разных белков.
Рис.6. Соседи по цепям В.
Рис.7. Н-связи между атомами соседей (показаны красным пунктиром).
Выводы
Как видно на примере структуры 3hdd, одной асимметрической единицы не всегда достаточно для анализа структуры. Визуализация молекулы ДНК соседней ячейки кристалла и выявление контактов белка с ДНК позволяют объяснить несвязанность цепи B с ДНК асимметрической единицы. Также можно обнаружить взаимодействия, стабилизирующие кристалл данного ДНК-белкового комплекса, например, водородные связи.