Описание структуры 5DRB

Структура в целом

Макромолекула является белком. Это белок WNK1 – серин-треониновая протеинкиназа, относящаяся к семейству WNK (киназы без лизина), он представлен одной длинной полипептидной цепью единственного типа. Конкретно данная для анализа структура 5DRB из PDB представляет собой фрагмент этой цепи в комплексе с ингибитором этого белка. Ниже показан общий вид хода остова этого фрагмента (Рис. 1). Биологическая единица не отличается от асимметрической.

Рис. 1. Общий вид хода остова фрагмента белковой цепи.

Описание цепи и фрагмента

Единственная цепь и соответственно вся макромолекула относятся к Rattus norvegicus (серая крыса). Uniprot_id и название этой цепи: Q9JIH7 и WNK1_RAT. Данный белок является основным компонентом киназного каскада WNK1-SPAK/OSR1, благодаря которому происходит регуляция кровяного давления и осмотического баланса, эта киназа активирует другие киназы, которые в свою очередь влияют на работу контранспортеров, способствуя притоку ионов в клетку и препятсвуя их оттоку. Помимо этого у белка имеется ряд и других функций, например, регуляция экспорта мРНК в ядро.

Фрагмент этой цепи (представленный в записи) является киназным доменом, который как раз и ответственен за фосфорилирование других белков (протеинкиназная активность). В данной структуре имеется одна мутация: Ser-382 (если вести нумерацию по всей цепи) заменен на Ala. В составе фрагмента есть модифицированные остатки: фосфорилированные Ser-378 и Ser-382 (однако в этой записи 382 остаток из-за мутации не модифицирован). В составе домена четко видны α-спирали и β-листы (Рис. 2).

Рис. 2. Вторичные структуры в составе фрагмента.

Малые молекулы

В записи присутствуют два типа малых молекул: это вода (краткое наименование HOH) и лиганд, являющийся ингибитором (краткое наименование 5FJ, полное – N-tert-butyl-1-(1-{5-[5-(trifluoromethyl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl]pyridin-2-yl}piperidin-4-yl)-1H-imidazole-5-carboxamide). Справа представлено белковое окружение лиганда 5FJ (Рис. 3). Видно, что преимущественно с лигандом взаимодействуют гидрофобные аминокислотные остатки (лейцины, валины, аланины и фенилаланины).

Ссылки на PDB-файлы с координатами для малых молекул:

НОН 5FJ
Рис. 3. Белковое окружение лиганда 5FJ.

Взаимодействия между аминокислотными остатками

Ниже представлены примеры взаимодействий между аминокислотными остатками, найденные в анализируемой структуре. Присутствуют водородные связи между остатками остова (Рис. 4) (показано на примере β-листа) и между боковыми радикалами (Рис. 5). Были обнаружены солевые мостики (Рис. 6) и π-стэкинговые взаимодействия (Рис. 7). Дисульфидных связей в составе структуры нет (Рис. 8).

Рис. 4. Водородные связи между атомами остова фрагмента.
Рис. 5. Водородные связи между атомами боковых радикалов.
Рис. 6. Солевой мостик.
Рис. 7. π-стэкинговое взаимодействие.
Рис. 8. Все цистеины, присутствующие в структуре.

Ферментативная активность

Как уже было написано выше, данный фрагмент – домен, обладающий протеинкиназной активностью. Код фермента EC: 2.7.11.1. Благодаря этому домену белок способен фосфорилировать другие белки по Ser и Thr, ниже написаны эти реакции:

ATP + L-seryl-[protein] ⇔ ADP- + H+ + O-phospho-L-seryl-[protein]
ATP + L-threonyl-[protein] ⇔ ADP- + H+ + O-phospho-L-threonyl-[protein]

В состав каталитического центра входит только один (по этой причине нет взаимодействия с другими остатками активного центра) аминокислотный остаток – Asp-368 (Рис. 9). Остаток каталитического центра взаимодейтвует с Lys-233 по типу солевого мостика и с Asn-354 по типу водородной связи из остатков ближайшего окружения (Рис. 10).

Рис. 9. Активный центр фермента.
Рис. 10. Ближайшее окружение активного центра.

Лиганд 5FJ располагается на очень близком расстоянии от активного центра (Рис. 11), своими двумя кольцами (пиперидином и пиридином) он экранирует свободный кислород аспарата из каталитического центра (другой кислород образует связи с окружением активного центра, смотри предыдущий абзац), тем самым он действует как конкурентный ингибитор, захватывая пространство вокруг активного центра и блокируя для субстрата доступ к нему.

Рис. 11. Взаимодействие ингибитора с активным центром.

Источники

  1. 5DRB – ссылка на запись в PDB.
  2. Q9JIH7/WNK1_RAT – ссылка на статью о WNK1 в базе данных Uniprot.
  3. EC: 2.7.11.1 – ссылка на описание фермента в базе EXPAZY.