Атлас контактов комплекса человеческого тромбина с ингибитором

ТРОМБИН
Тромбин представляет собой сериновую протеазу, которая превращает фибриноген в фибрин при свертывании крови. Предшественником тромбина, протромбина (неактивного зимогена) является один из нескольких коагуляционных белков, содержащих Y-карбоксиглутаминовую кислоту. Протромбин синтезируется в печени и секретируется в кровеносные сосуды, и активируется сосудистым повреждением, ограниченным протеолизом, после активации коагуляционного каскада. Активность тромбина регулируется ингибиторами сыворотки и собственным действием. Обладая прокоагулянтными и антикоагулянтными функциями, он играет центральную роль в тромбозе и гемостазе. Многие заболевания, включая инсульт и инфаркт миокарда, связаны с тромбозом, поэтому тромбин является предпочтительной мишенью антитромботических препаратов. Препараты, доступные для блокирования тромбинового действия, включают гепарины, гирудины (лепирудин и бивалирудин), антагонисты витамина К и новое поколение прямых ингибиторов тромбина, таких как дабигатран и аргатробан. [1]

PDB ID 1K22
PubMed 11676542
Uniprod id P00734 (THRB_HUMAN)

Белок-белковые контакты

ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ

Согласно определению IUPAC:

The hydrogen bond is an attractive interaction between a hydrogen atom from a molecule or a molecular fragment X–H in which X is more electronegative than H, and an atom or a group of atoms in the same or a different molecule, in which there is evidence of bond formation. [2]

В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными [3]. В белках водородные связи возникают между гидрофильными незаряженными группами (такими как -OH, -CONH2, SH-группы) и любыми другими гидрофильными группами. В белках присутствуют такие структуры, как α-спирали и β-тяжи. В α-спиралях пептидный остов закручивается в виде спирали за счет образования водородных связей между атомами кислорода карбонильных групп и атомами азота аминогрупп, входящих в состав пептидных групп через 4 аминокислотных остатка. β-тяжи формируются за счет образования множества водородных связей между атомами пептидных групп линейных областей одной полипептидной цепи, делающей изгибы, или между разными полипептидными цепями. β-структура обрузует фигуру, подобную листу, сложенному "гармошкой", - β-складчатый слой. [4]

Для обнаружения H-связей были использованы команды: calculate hbonds; затем выбраны 2 остатка, принадлежащие разным цепям, командой restrict убрано все окружение и с помощью measurement посчитано расстояние и определены углы.

Ссылка на скрипт
Ссылка на скрипт
Ссылка на скрипт

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ
>
ДонорАкцепторДлина связи, ÅАтомы, образующие связьУгол,°
[GLU]57:I.N #4437 [THR]74:H.O #1830 2.85N-O-C148.4
[GLY]2:L.N #4437 [PRO]120:H.O #1832 2.86N-O-C145.0
[TRP]207:H.N #4431 [GLY]2:L.O #1828 2.95N-O-C 119.8



СОЛЕВЫЕ МОСТИКИ

Солевые мостики (ионная связь) образуются в результате взамодействия между отрицательно заряженными (анионными) карбоксильными группами радикалов аспарагиновой (Asp) и глутаминовой (Glu) кислот и положительно заряженными (катионными) группами радикалов лизина (Lys), аргинина (Arg) или гистидина (His)[5].

Для определения солевых мостиков сначала выбирались необходимые аминокислоты, затем раскрашивались в разные цвета (color positive red; color negative blue) и выбирались те остатки, которые находились не более чем в 4 Å друг от друга.

Как вы можете заметить, атом азота в аргинине находится в протонированном состоянии, что означает наличие частичного положительного заряда. Это означает, что, поскольку на атомах кислорода аспарагиновой кислоты присутствует частичный отрицательный заряд, они образуют солевой мостик (или ионную пару) засчет кулоновских сил. То же самое справедливо для второй пары, в которой частичный положительный заряд находится на атоме азота лизина, а частичный отрицательный - на атоме кислорода глутаминовой кислоты.


ГИДРОФОБНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Поскольку вода настолько хороша в образовании водородных связей с самой собой, она наиболее гостеприимна к молекулам или ионам, которые в наименьшей степени разрушают ее сеть H-связей. Наблюдения за маслами, плавающими на поверхности воды, демонстрируют, что молекулы масла неполярны - они не несут заряд и не растворяются в воде, но при этом могут разрушить сеть водородных связей. Вода не хочет жертвовать своей стабильностью, которая уменьшится если разорвутся связи, поэтому, чтобы этого избежать, молекулы изворачиваются и частично замораживают рядом с гидрофобной поверхностью аминокислоты свободу своих тепловых движений. Образуется стабильная среда обитания белка: белок не растворяется в воде и не образует с ней связей, то есть свободен от нее, но в тоже время вода также накладывает условия на то как должны размещаться аминокислоты в белке.

Таким образом, гидрофобный эффект берет на себя 90 % работы по созданию белковой глобулы, сворачивая первичную цепь во вторичные и третичные структуры белка. Правда сам по себе он не может создать твердый белок, он создает лишь расплавленную белковую глобулу, то есть гидрофобный эффект заставляет аминокислоты держаться вместе, что затем вызывает другие процессы, которые уже придают более точную форму белкам. [6]

Для поиска гидрофобных ядер был использован сервис CluD[7].

Из исследований одного из остатков гидрофобного ядра ([PHE]199:H) было выявлено, что:


Лиганды

В биохимии и фармакологии лиганд — это химическое соединение (часто, но не всегда, малая молекула), которое образует комплекс с той или иной биомолекулой (чаще всего белком, например клеточным рецептором, но иногда, например, с ДНК) и производит, вследствие такого связывания, те или иные биохимические, физиологические или фармакологические эффекты. В случае связывания лиганда с белком, лиганд обычно является малой сигнальной молекулой, связывающейся со специфическим участком связывания на белке-мишени (например, на рецепторе). [8]

В данной структуре в качестве лигандов присутствуют:

  • Катион натрия (Na+)
  • MEL (C22H31N5O4) – мощный, конкурентный и обратимый прямой ингибитор альфа-тромбина, конвертирующего превращение фибриногена в фибрин в коагуляционном каскаде. Ингибирование тромбина предотвращает развитие тромба. Ингибирует как свободный, так и связанный с фибрином тромбин, а также тромбин-индуцированную агрегацию тромбоцитов. [9]
  • NAG (C8H15NO6) - является моносахаридным производным глюкозы. Химически это амид между глюкозаминами и уксусной кислотой. Единственный фрагмент N-ацетилглюкозамина, связанный с остатками серина или треонина на ядерных и цитоплазматических белках -O-GlcNAc, является повсеместной посттрансляционной модификацией белка. [10]

Для нахождения лигандов использовалась команда select ligand, затем командой restrict показывался только необходимый в настоящий момент лиганд и его контакты с биомолекулой.

Ссылка на скрипт

Информация о лигандах

Соединение

Соединение

Соединение
Катион натрия MEL NAG

Название по IUPAC

Название по IUPAC

Название по IUPAC
Sodium (1+) 2-[[(1R)-2-[(2S)-2-[(4-carbamimidoylphenyl)methylcarbamoyl]azetidin-1-yl]-1-
cyclohexyl-2-oxoethyl]amino]acetic acid		 N-[(3R,4R,5S,6R)-2,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]acetamide

Брутто-формула

Брутто-формула

Брутто-формула
Na+ C22H31N5O4 C8H15NO6

Молярная масса

Молярная масса

Молярная масса
22.99 г/моль 429.521 г/моль 221.209 г/моль

Идентификатор PubChem.

Идентификатор PubChem.

Идентификатор PubChem.
923 183797 439174


Лиганд-биомолекулярные контакты

В основе функционирования любого белка лежит его способность к избирательному взаимодействию с каким-либо другим веществом — лигандом. Лигандом может быть как низкомолекулярное вещество, так и макромолекула, в том числе другой белок. Лиганд присоединяется к определенному участку на поверхности белковой молекулы — центру связывания (активный центр).
В данной молекуле были найдены солевые мостики между лигандом MEL и [ASP]189:H, гидрофобное взаимодействие между лигандом MEL, [ILE]174:H и [TRP]215:H, а также комплексное соединение между Na+ и [LYS]224:H и другим Na+ и [THR]172:H.

Ссылка на скрипт



ЛИТЕРАТУРА

[1] Bode W (2006) Structure and interaction modes of thrombin. Blood Cells, Molecules & Diseases 36: 122–130.
[2] Arunan et al (IUPAC), 2011
[3] Водородная связь. Википедия
[4] Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. - 2-е изд., испр. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. 23-25 стр.
[5] Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. - 2-е изд., испр. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. 26-27 стр.
[6] Физика белка: Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами: учебное пособие / А.В. Финкельштейн, О.Б.Птицын, - 4-е изд., испр. и доп. – М.: КДУ, 2012. 59-68 стр.
[7] Сервис CluD
[8] Лиганд (биохимия). Википедия
[9] Мелагатран
[10] Human Metabolome Database (HMDB)


ЛИЧНЫЙ ВКЛАД

Софья Бруман: дизайн сайта, разделы: Водородные связи; Лиганд-биомолекулярные контакты; Лиганд.
Воробьева Маргарита: текст, разделы: Введение; Гидрофобное взаимодействие; Солевые мостики.

В РАБОТЕ УЧАСТВОВАЛИ:

Страница второго семестра
Главная

© Бруман Софья, Воробьева Маргарита, 2018