Восстановление кристалла из PDB файла

Описание контактов молекул в структуре 3TW2

В работе использовалась структура белка 1 гистидиновой триады (3TW2). Были получены кристаллографические характеристики из записи PDB (поле CRYST1):

Кристаллографическая группа говорит о том, что наш белок 3TW2 находится в элементарной ячейке, у которой углы alpa и gamma равны 90, а beta - нет, с примитивной решёткой Бравэ. Далее было получено изображение части кристалла — содержимого ячейки из PDB файла и ряда соседних ячеек (рис. 1). Комманда используемая:

Рис. 1. Молекула белка 1tw2 в элементарной ячейке с соседними белковыми молекулами. Соседствует 10 молекул.

На рисунке 1 можно увидеть 10 соседствущих молекул белка, но не все из них взаимодействуют с нашим белком в ячейке, если считать минимальным расстоянием взаимодействия 3.5 А (рис. 2). Для того, чтобы найти контакты с белками из соседних ячеек уберем молекулы растворителя (чтобы не мешали). И рассмотрим возможные контакты на расстоянии 3.5 А. Число разных зон контакта между белками из соседних ячеек около 25. Используемые комманды:

Рис. 2. Пример молекулы белка, которая не взаимодействует с белком, хотя и попадает в элементарную ячейку.

Переименуем для удобства контактирующие структуры:

Построим поверхности контактов и водородные контакты структур на расстоянии менее 3.5 А (рис. 3):

Рис. 3. Поверхности контактов и водородные связи на расстоянии 3.5 А.

Глобула белка взаимодействует с большим количеством соседствующих молекул (6), таким образом получается большая площадь поверхности контантакта (на расстоянии 3.5 А). Эти контакты, образованные в том числе водородными связями, настолько велики, что определяет возможность формрования кристалла. Данная модель хорошо описывает взаимодействия субъединиц белка в димере, таким образом сформирована глобула. Но другие контакты не описывают природные взаимодействия белков при дальнейшей олигомеризации в растворе, так как они выглядят неестественно.

Описание контактов в cтруктуре EHDD (Engrailed homeodomain DNA complex)

На сервере EDS нет карты электронной плотности, поэтому будем использовать построенную модель (рис. 4). Эта модель представляет собой комплекс из двух ДНК-связывающих белков "на краю" ДНК.

Рис. 4. Структура 3HDD, построенная с помощью PyMol.

В данной структуре странны направленные в пустоту остатки голубого белка (цепь B). Попробуем разобраться. Используя тот же подход, что и раньше восстановим соседние с ним ячейки (рис. 5) и опишем контакты.

Рис. 5. Структура 3HDD с восстановленными к цепи B структурами на расстоянии 5 ангстремов.

Теперь посмотрим на контакты (рис. 6). Как видно на рисунке цепь В (голубая) контактирует с 3 молекулами ДНК и 2 цепями В. Области контакта для цепи В из исходной модели покрашены оранжевым, а поверхности контактирующих молекул - фиолеотым.

Рис. 6. Места контактов цепи B c 3 молекулами ДНК и двумя другим цепями B.

Таким образом, мы видим массу водородных связей между белковой цепью В и ДНК (рис. 6.3 и 6.4), а также с другими цепями В (рис. 6.5 и 6.6). Кроме остатков, способных образовать водородные связи в контактирующей области находится и явно гидрофобный остаток - триптофан (рис. 7). Он, как видно на рисунке, контактирует с сахарофосфатным остовом.

Рис. 7. Область, где триптофан из цепи В контактирует с сахарофосфатным остовом ДНК из соседней ячейки.

Из всего выше показанного и сказанного можно сделать вывод, что в данной структуре белок прочно взаимодействует, как с ДНК из своей ячейки, так и с ДНК из других ячеек, кроме того он имеет контакты и с цепями В из других ячеек. Последнее говорит о том, что возможно белок работает в виде ди- или даже тримера. Так же можно обратить внимание, что в областях контактов преобладают положительно заряженные аминокислоты, такие как аргинин и лизин, хотя есть и другие гидрофильные аминокислоты. Преобладание положительно заряженных аминокислот логично, ведь ДНК заряжена отрицательно, и ДНК-связывающему белку выгодно иметь в местах связывания с ней положительные аминокислоты для улучшения связывания. Этот белок имеет и типичную для ДНК-связывающих белков спираль, которая укладывается в большую бороздку ДНК.

Используемые команды:

  	show surface
  	util.cbc
  	set light_count, 1
  	
  	select dna, chain c or chain d
  	select cha, chain a
  	select chb, chain b
  	symexp sym, 3hdd, chain B, 5
  	color wheat, sym*
  
  	remove solvent
  	show sticks, byres (chain b and (sym* around 3.5))
  	show sticks, byres (sym* and (chain b around 3.5))
  	sel surface*, chb within 3.5 of sym*
 	sel surface2, sym* within 3.5 of chb
   	distance hbonds, chb, sym*, 3.5, mode=2
   	set surface_color, arsenic, sym*
   	set surface_color, orange, chb
   	set transparency, 0.5
   	
  	hide cartoon, sym*