Учебный сайт Юдиной А.С.

Главная

Обо мне

Семестры

Внутренности белков и макромолекулярных комплексов

На этой странице разобраны особенности устройства белков на примере следующих объектов. Скрипты 1 и 2 визуализируют Chitin-binding protein (PDB ID - 2BEN). Этот белок используется бактериями для разложения хитина с выделением энергии.

Начиная со скрипта 3 исследуются свойства полимеразы человека в комплексе с молекулой ДНК (PDB ID - 5KG2).

Ссылки на скрипты для визуализации биомолекул лежат здесь: скрипт 1, скрипт 2, скрипт 3, скрипт 4a, скрипт 4b, скрипт 4с.

1.Гидрофобное ядро белка.

При укладке полипептидная цепь белка стремится принять энергетически выгодную форму, характеризующуюся минимумом свободной энергии. Поэтому гидрофобные радикалы аминокислот стремятся к объединению внутри глобулярной структуры растворимых в воде белков. Между ними возникают гидрофобные взаимодействия, а также силы Ван дер Ваальса между близко прилегающими друг к другу атомами. В результате внутри белковой глобулы формируется гидрофобное ядро, что способствует стабилизации третичной структуры белка.[1]

В Chitin-binding protein я исследовала цепь А на наличие гидрофобного ядра, данные получила с помощью сервера Clud. Сама цепь содержит 1457 атомов, а самое крупное гидрофобное ядро состоит из 309 атомов, что составляет 21.2% от рассмотренной субъединицы белка. Ядро, как и следовало ожидать, расположено внутри белковой молекулы, его поверхность почти полностью покрывается другими атомами белка.

2.Плотность упаковки атомов в гидрофобном ядре.

Для исследования плотности упаковки атомов в гидрофобном ядре я рассмотрела окружение остатка фенилаланина (147PHE), принадлежащего ядру. Итак:

• На расстоянии 5 ангстрем окружающие остаток атомы практически полностью покрывают его. Однако даже на расстоянии 7 ангстрем остаток просматривается сквозь окружение.
• Основываясь на измерениях расстояний между ковалентно несвязанными атомами, можно сделать вывод, что характерное расстояние между ними примерно 3.776 ангстрем.
• Можно ли поместить молекулы воды между атомами гидрофобного ядра? Примем диаметр молекулы воды равный диаметру атома кислорода - 2.8 ангстрем. Выберем атомы с наименьшим радиусом (из предложенных это атомы О) и рассчитаем расстояние между ними с учётом характерного расстояния между ковалентно несвязанными атомами: 3.776 - 1.4*2 = 0.976 ангстрем. Это значение меньше диаметра молекулы воды, следовательно она не поместится между атомами гидрофобного ядра.

3.Взаимодействие белков и ДНК.

Белки вступают во взаимодействие с молекулами ДНК для выполнения различных специфичных функций. Есть белки, участвующие в упаковки ДНК, это различные гистоны, вокруг которых оборачиваются участки цепей ДНК. Существуют целые ферментативные комплексы участвующие в метаболизме ДНК: репликации, репарации и рекомбинации. Все они обеспечивают стабильное хранение и передачу генетической информации.

Для работы с генетическим материалом необходим доступ к цепям молекулы. Для его обеспечения работают ферменты хеликазы, движущиеся вдоль двойной спирали и разделяющие ее. Топоизомеразы - ферменты снимающие напряжение (чрезмерное закручивание) цепи при расплетает. Для старта репликации необходимы РНК-праймеры, синтезируемые праймазами. А за сам подбор новых нуклеотидов отвечает ДНК-полимераза, причём у некоторых организмов их несколько (например у E.coli не меньше пяти). Существуют также метилазы - ферменты, отмечающие определенные нуклеотиды радикалами метила. Эта метка может служить сигналом для дальнейшей репарации. Экзонуклеазы и эндонуклеазы - ферменты, разрезающие цепь ДНК.[2]

4a.Взаимодействие белка с ДНК.

Белки могут взаимодействовать с разными частями ДНК: большой или малой бороздой или с сахаро-фосфатным остовом. Для ответа на вопрос: с какой частью ДНК взаимодействует мой белок, я выделила жёлтым цветом атомы белка, находящиеся на расстоянии не больше 5 ангстрем от молекулы ДНК. На полученном изображении видно, что фермент подходит со стороны большой борозды и взаимодействует с сахаро-фосфатным остовом молекулы.

4b и 4c.Доноры и акцепторы протонов.

В визуализациях 4b и 4c отбражены доноры и акцепторы протонов для образования водородных связей с белками среди азотистых оснований большой и малой бороздки соответственно. По расположению доноров и акцепторов можно определить последовательность ДНК, так как у различных азотистых оснований по-разному расположены доноры и акцепторы протонов.

5.Определение механизма химической реакции.

На предложенном видео показана реакция между молекулой, содержащей пара-нитрофенол и остаток фосфорной кислоты, и тирозином. реакция идет в три стадии:

• К молекуле, имеющий частичный положительный заряд на атоме фосфора и частичный отрицательный на атоме кислорода, образующим две водородные связи с молеклами воды, присоединяется тирозин. OH-группа тирозина выступает донором протона и соединяется через водородный мостик с частично отрицательно заряженным кислородом.
• Теперь тирозин и нитрофенол соединены водородными связями с атомом фосфора. Заряды в молекуле распределяются следующим образом: чатично положительный заряд на фосфоре и частично отрицательные на кислородах нитрофенола и тирозина.
• Водородная связь между тирозином и фосфором превращается в ковалентную, а пара-нитрофенол отщепляется в виде свободной молекулы.

Источники:

1.Структура белков - biochemistry.ru

2.Д.Нельсон - Основы биохимии Ленинджера.