В окне справа вы видите модель молекулы белка с идентификатором YP_184698.1^[1]. Для того, чтобы увидеть разные изображения молекулы, запустите скрипт 1 раз, а затем используйте кнопку "Resume". Ниже вы можете прочитать некоторые пояснения к скриптам (указаны в скобках).

	Текст скрипта
	Текст скрипта
	Текст скрипта
	Текст скрипта

Гидрофобные ядра ("Cores")

В данном белке две субъединицы, будет рассмотрена цепь А (цепь В показана в виде wireframe). В цепи А всего 6 гидрофобных ядер^[2] (характеристики ядер можно посмотреть здесь). Мы будем рассматривать только два самых крупных ядра, так как остальные относительно невелики. Таким образом, белок является многодоменным.

Гибкая молекула белка в воде сворачивается в глобулу (поскольку полярные аминокислотные остатки стремятся к максимальному контакту с водным окружением, а неполярные — к минимальному контакту). Минимальной поверхностью при заданном объеме обладает шар. Стремление неполярных остатков образовать внутри белковой части некое подобие шарообразной капли, а полярных — сосредоточиться на ее поверхности, и приводит к образованию компактного тела — глобулы с гидрофобным ядром и гидрофильной поверхностью^[3].

На втором изображении видно, что гидрофобные ядра не полностью покрываются гидрофильными аминокислотными остатками. Образуется немного мозаичная поверхность: на ней видны небольшие гидрофобные области. Это часто свойственно белкам, образующим четвертичную структуру^[4], так как гидрофобные связи участвуют в соединении двух субъединиц. Также такое строение может быть связано с функцией карбогидрат-киназы (к примеру, обеспечивает связь с другими гидрофобными молекулами).

В таблице 1 приведены различные характеристики гидрофобных ядер (названия даны в соответствии с характеристикой, приведенной выше). Согласно этим данным два исследуемых гидрофобных ядра содержат 25,49% от общего числа атомов субъединицы (ср. 26,31% для всех 6 ядер, т.е. на остальные 4 "маленьких" ядра приходится всего 0,82%). Несмотря на такой маленький процент, полярные аминокислотные остатки все равно не могут полностью покрыть ядра.

Таблица 1. Число атомов в гидрофобных ядрах и процент от всего числа атомов

Ядро	Количество атомов	Процент от общего числа атомов
core1	341	13,89%
core2	285	11,6%
Всего атомов в двух ядрах:	626	25,49%
Всего атомов во всех шести ядрах:	646	26,31%
Общее количество атомов в цепи А:	2455

Плотность упаковки атомов в гидрофобном ядре ("Surroundings")

На визуализации видно, что атомы, находящиеся на расстоянии не более 4 Å, уже довольно сильно скрывают за собой остаток. С увеличением минимального расстояния остаток виден все слабее. Тем не менее, полностью его не покрывают даже атомы, находящиеся на расстоянии не более 7 Å.
Так как на расстоянии 4 Å количество атомов резко увеличивается, можно предположить, что это и есть характерное расстояние между соседними не связанными ковалентно атомами в белке.
Может ли между соседними атомами поместиться молекула воды? Среднее расстояние = 4 Å. Ван-дер-ваальсов радиус кислорода 0,14 нм = 1,4 Å^[5]. Тогда диаметр атома = 2,8 Å. Получается, что в запасе остается 1,2 Å. Но так как контактирующие атомы обладают уже заполненными за счет других связей (с азотом, кислородом или водородом) электронными оболочками, то за вычетом их ван-дер-ваальсовых радиусов для воды места не останется.

Комплексы ДНК и белка ("DNA + protein")

ДНК представляет собой полимер, находящийся в ядрах клеток. ДНК взаимодействует с многочисленными белками, которые выполняют свои функции в сочетании с ДНК. Белки, вступающие в контакт с ДНК, могут быть как модифицирующими ДНК ферментами, так и связывающими белками.
К ферментам относятся метилазы, полимеразы, нуклеазы, липазы, киназы и фосфатазы. ДНК метилируется, чтобы уменьшить вероятность нарушения структуры и действие соответствующих рестриктаз. Полимеразы добавляют нуклеотиды к 3'-концу и учавствуют в синтезе ДНК. Нуклеазы гидролизуют фосфодиэфирную связь между субъединицами нуклеиновых кислот. Лигазы катализируют образование фосфодиэфирной связи между 5'- и 3'-концами. Полинуклеотид-киназы катализируют перенос фосфатной группы от молекулы АТФ на 5'- и 3'-концы.
Связывающие белки контактируют со специфическими областями ДНК, регулируя экспрессию. Некоторые из них запускают активаторы транскрипции, которые связываются со специфическими последовательностями промотора и формируют модифицирующие хроматин комплексы, которые инициируют синтез РНК^[6].

Части ДНК, контактирующие с белком ("DNA parts")

Рисунок 1. Части ДНК, контактирующие с белком

Рисунок 2. После команды calculate hbonds (cpk&wireframe)

На рис.1 красным показаны участки ДНК, контактирующие с белком, синим — участки белка, контактирующие с ДНК. Критерий контакта — расстояние менее 5 Å. Видно, что белок контактирует с малой бороздкой ДНК и сахаро-фосфатным остовом. Это кажется мне необычным, так как белки, которые присоединяются к определённым последовательностям в двухцепочечной ДНК, обычно взаимодействуют с краями оснований в большой бороздке, где те более доступны^[7]. Мне не удалось найти водородные связи между белком и ДНК в JMol. На рис.2 видно, что никаких связей не найдено, несмотря на близкое расстояние. То же самое видно и на визуализации (изображения 3 и 4).

5.(*)^[8] На видео представлена реакция фосфорилирования тирозина некоего белка (скорее всего, фермента) диэтил-n-нитрофенилфосфатом (он же параоксон этил)^[9] с выделением пара-нитрофенола, который сам токсичен. Как мне кажется, это схема реакции неконкурентного ингибирования. Оно вызывается веществами, не имеющими структурного сходства с субстратами и часто связывающимися не с активным центром, а в другом месте молекулы фермента. Степень торможения во многих случаях определяется продолжительностью действия ингибитора на фермент. При данном типе ингибирования благодаря образованию стабильной ковалентной связи фермент часто подвергается полной инактивации, и тогда торможение становится необратимым. В результате фермент может терять возможность выполнять свою функцию. Это происходит из-за связывания и выключения функциональных групп в молекуле белка фермента^[10] (в данном случае при связывании с тирозином).

Примечания и источники:

[1] Белок археи Thermococcus kodakarensis. Информацию об архее и белке можно прочитать здесь.
[2] Данные получены при помощи сервиса CluD.
[3] См. раздел "Гидрофобные взаимодействия и структуры белков" // bio-phys.narod.ru.
[4] См. раздел "Четвертичная структура белков" // biochemistry.ru.
[5] Радиус Ван-дер-Ваальса // Wikipedia.
[6] DNA Interactions with Proteins, Dr Ananya Mandal, MD // News Medical.
[7] Дезоксирибонуклеиновая кислота // Wikipedia.
[8] Писала об этом задании Залевскому Артуру на почту, дублирую сюда с дополнениями.
[9] Диэтил-п-нитрофенилфосфат // ФизЛабПрибор.
[10] Активирование и ингибирование ферментов // химик.ру.