Бактериальный белок 4XSO является гликозил-трансферазой четвертого семейства.[1] В современной практике гликозил-трансферазы распределяются по семействам в зависимости от первичной структуры.[2] Первый и второй скрипты показывают гидрофобное ядро и упаковку атомов в этом белке.
Остальные скрипты относятся к взаимодействию белка 5IIK c ДНК. Это человеческая ДНК-полимераза лямбда-типа. Что примечательно, она работает с одноцепочечным разрывом ДНК.
Текст скрипта для первого пункта.
Текст скрипта для второго пункта.
Текст скрипта для третьего пункта.
Текст скрипта для четвертого пункта.
Гидрофобное ядро
Данный белок содержит 16 гидрофобных ядер (порог три атома). 13 из них содержат менее 10 атомов, при этом самые маленькие ядра(6) состоят из трех атомов. Для изучения было выбрано ядро номер 1, содержащее наибольшее количество атомов(1073). В целом белок состоит из 5561 атома, а содержащиеся в ядре номер 1 составляют 19.29% от всего числа атомов.
Видно, что гидрофобное ядро покрыто гидрофильным слоем не полностью, выходы ядра на поверхность белковой глобулы встречаются достаточно часто. Вероятнее всего, эти выходы - участки контакта двух субъединиц, из которых состоит исследуемый белок. [3] Так как в белке высока доля гидрофильных остатков, то гидрофобное ядро принимает вытянутую элипсоидную форму, что хорошо видно в трехмерном представлении белка. [4]
Исследование плотности упаковки атомов в гидрофобном ядре
Для исследования был выбран остаток 95 тирозина цепи B.
На расстоянии 5 ангстрем от остатка тирозина расположены атомы, которые уже практически полностью покрывают его поверхность. Тогда расcтояние между ковалентно не связаннами атомами в белке можно считать равным 5 ангстрем, так как на этом
расстоянии резким скачком увеличивается число атомов, окружающих остаток тирозина.
По данным из условия, ван-дер-ваальсов радиус атома кислорода равен 1.4 ангстрема, азота - 1.54 ангстрема, углерода - 1.85 ангстрема и серы - 1.85 ангстрема.
Считая, что размеры одной молекулы воды равны диаметру атома кислорода (2.8 ангстрема), если брать максимальное расстояние между атомами, то свободное расстояние
получится 5 - 2 * 1.4 = 2.2 ангстрема, что меньше диаметра молекулы воды. Это подтверждает, что упаковка атомов в гидрофобном ядре достаточно плотная, поэтому там не
может поместиться даже еще один атом.
ДНК-белковый комплекс
Отраженная выше структура представляет собой человеческую лямда-полимеразу в комплексе с ДНК.[5]
Согласно исследованиям, она позволяет постреплиционно снижать вероятность мутации, вызванной модифицированным основанием (8-oxo-7,8-dihydroxy-2'-deoxyguanosine). Вместо образвания пары с деоксиаденином, белок помогает встраиванию корректного dCMP.
К ферментам, работающим с ДНК относятся метилазы, полимеразы, нуклеазы, лигазы, киназы и фосфатазы.
Метилазы катализируют метилирование нуклеотидных остатков в составе ДНК. Полимеразы добавляют
нуклеотиды к 3'-концу и учавствуют в синтезе ДНК. Нуклеазы способствуют реакциям гидролиза
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.
Фосфатазы гидролизуют фосфодиэфирные связи на концах ДНК с образованием неорганического фосфата.
Связывающие белки контактируют со специфическими областями ДНК, регулируя активность белков, непосредственно взаимодейтвующих с ДНК. Или, подобно гистонам, просто участвуют в упаковке ДНК.
[6]
Связи белка и ДНК
Используя как критерий контакта расстояние между атомами ДНК и белка (не более 5 ангстрем), можно заключить, что исследуемый белок контактирует в основном с сахаро-фосфатным остовом, а также ,вероятно, с малой бороздкой ДНК.
В ходе исследования участка ДНК на наличие доноров и акцепторов протонов, способных образовать
водородную связь с белком, было выявлено, что доноры и акцепторы водородной связи присутствуют как и в большой, так и в малой бороздке. В связи с наличием в
данной молекуле ДНК модифицированного основания (8-оксигуанина) возможна небольшая погрешность при определении их количества. Благодаря тому, что у разных азотистых оснований в просвет бороздок выступают разные доноры и акцепторы, восстановить последовательность ДНК можно при анализе возможных сайтов водородных связей.
Водородные связи между исследуемым белком и ДНК c помощью JMol обнаружить не удалось. Привлекает внимание тот факт, что в околоконтакной области присутствует большое количество положительно заряженных аминокислот (преимущественно лизин и гистидин).
Имеет смысл предположение, что наибольший вклад в стабилизацию ДНК-белкового комплекса вносят электростатические взаимодействия положительно заряженных боковых цепей аминокислот с отрицательно заряженными фосфорными группами остова ДНК.
Механизм реакции
В представленной на видео реакции происходит присоединение фосфорильной группы
диэтил-n-нитрофенилфосфата к остатку тирозина с выделением 4-нитрофенола. В химических терминах это реакция бимолекулярного нуклеофильного замещения, в которой кислород тирозина - нуклеофил.
На видео так же показана стадия образования интермедиата. Диэтил-n-нитрофенилфосфат
в живых организмах является участником реакций необратимого конкуретного ингибирования, поэтому
можно предположить, что это именно такая реакция.
Конкурентные ингибиторы не имеют структурного сходства к субстрату, но присоединяются к активному
центру. При данном типе ингибирования благодаря образованию стабильной
ковалентной связи фермент часто подвергается полной инактивации, и тогда торможение становится
необратимым. Примером необратимого ингибирования является действие йодацетата, а также
диэтил-n-нитрофенилфосфата и солей синильной кислоты. В зависимости от белка происходит образование ковалентной связи с SH- группой цистеина либо гидроксильной группой [7].
Источники