Восстановление кристалла из PDB файла |
||||||||||||
|
Информация о элементарной кристаллографической ячейке находится в PDB-файле в строке с идентификатором CRYST1. В частности, в рассматриваемой структуре ABC-транспортерного периплазматического связывающего аминокислоты белка с идентификатором 2YJP поле CRYST1 выглядит как:
CRYST1 58.710 91.590 158.300 90.00 90.00 90.00 P 21 21 21 12
Первые три числа – значения длин направляющих векторов кристалла: |a|=58.710 Å, |b|=91.590 Å, |c|=158.300 Å следующие три – углы между направляющими векторами: α=90.00, β=90.00, γ=90.00. Далее идет обозначение группы семметрии по символике Германа-Могена: P 1 21 1. Последнее число означает, что число молекул в ячейке равно 12. Таким образом, ячейка имеет форму правильного параллелепипеда. На рис.1 приведена ассиметрическая единица данного pdb-файла. ![]() Рис.1. Ассиметрическая единица 2yjp. Включает в себя 3 биологические единицы АBC-транспортерного периплазматического связывающего аминокислоты белка. На рис.2-4 показана элементарная ячейка с разных ракурсов в окружении других молекл, образующих кристалл. Для наглядности каждая повторяющаяся ассиметрическая единица покрашена по входящим в нее цепям. Границы элементарной ячейки выделены красным. ![]() ![]() ![]() Рис.2. Структура кристалла, восстановленного из 2yjp. Исходная ассиметрическая единица покрашена радугой. Прочие ассиметрические единицы покрашены по цепям. Границы элементарной ячейки выделены красным. Для удобства осображения часть молекул, образующих кристалл и загораживающих элементарную ячейку, убраны. В связи с большим размером элементарной ячейки и большим числом входящих в нее молекул, рассмотрим межмолекулярные контакты, в которых участвует только одна биологическая единица, обозначенная как цепь А. Для выявления полярных контактов использовались следующие команды Pymol:
select cha, chain A and 2yjp
select 2yjp_hyd, cha and resn Lys+Arg+His+Tyr+Asp+Glu+Ser+Thr+Cys+Asn+Gln select other_hyd, not cha and resn Lys+Arg+His+Tyr+Asp+Glu+Ser+Thr+Cys+Asn+Gln select wow, resn HOH and (2yjp_hyd around 3.5) and (other_hyd around 3.5) show sticks, byres (2yjp_hyd and (other_hyd around 3.5)) show sticks, byres (other_hyd and (2yjp_hyd around 3.5)) distance hbonds_2, other_hyd, 2yjp_hyd , 3.5, 2 Как видно на рис.5, у белковой цепи А 5 соседей в кристалле, с каждым из которых имеется отдельная зона контакта. Также дополнительно был использован скрипт color_h.py для выявления гидрофобных взаимодействий цепи А. При детальном рассмотрении боковых радикалов, выступающих у цепи А наружу, становится ясно, что смотрящие наружу белка группы не являются гидрофобными. Таким образом, гидрофобные контакты с соседними по кристаллу молекулами невозможен. ![]() Рис.5. Зоны контактов белковой цепи А с соседними белковыми молекулами. Аминокислотные остатки, участвующие в контакте, показаны палочками. Молекулы воды, принимающие участие в контактах, выделены шариками. Цепь А покрашена в коричневый цвет, другие цепи той же ассиметрической единицы покрашены в розовый, прочие белковые молекулы показаны голубым. Границы элементарной ячейки выделены линиями. ![]() Рис.6. Гидрофобные остатки белковой цепи А. Чем гидрофобнее остаток, тем он краснее. Гидрофобные остаки выделены толстыми палочками. Как видно из рисунка, на поверхность белка они не выступают. Согласно записи в базе данных PDB, ABC-транспортерный периплазматический связывающий аминокислоты белок является мономерным. Кроме того, имеющиеся у одной биологической единицы контакты малочисленны и представлены в основном полярными контактами. Следовательно, в организме данные взаимодействия недостаточно сильны для формирования олигомеров. 3hddРассмотрим структуру комплекса гомеодомена engrailed Drosophila melanogaster (ДНК-связывающий домен транскрипционных факторов) с ДНК, представленную в файле 3hdd.pdb. На рис.7 видно, что в структуре присутвтвует две белковые молекулы, причем одна из них (белковая цепь В) связывается на самом краю молекулы ДНК. ![]() Рис.7. Структура 3hdd. Белковые цепи показаны зеленым, остов ДНК - оранжевым, направления расположения азотистых оснований - синим. С помощью команды symexp были реконструированы молекулы соседних ячеек, находящиеся на расстоянии не более 3.5 Å от цепи B гомеодомена (рис.8). Как видно из рис.9, молекула ДНК исходной ассиметрической ячейки имеет липкий конец, способный спариваться с нуклеотидом другой цепочки ДНК из соседней ассиметрической единицы (А с Т). Кроме того, наблюдаются стэкинг-взаимодействия нуклеотидов двух соседних молекул ДНК. ![]() Рис.8. Восстановление соседних ассиметрических единиц кристалла. Белковая цепь В исходной ассиметрической единицы выделена голубым. Прочие белковые цепи показаны зеленым. ![]() Рис.9. Взаимодействие двух молекул ДНК. Молекула исходной ассиметрической единицы показана фиолетовым цветом, молекула соседней ассиметрической единицы - зеленым. Цепь В исходной ассимерической единицы покрашена голубым. Далее были найдены полярные контакты цепи В с соседними молекулами. Как видно из рис.10, цепь В имеет контакты не только с ДНК из своей ассиметрической единицы, так и с ДНК из соседней единицы. ![]() Рис.10. Полярные контакты белковой цепи В сдругими молекулами. Цепь В показана голубым, молекулы воды - красными шариками, цепь ДНК исходной ассиметрической единицы - фиолетовая, цепь ДНК соседней единицы - зеленая. Полярные контакты в пределах 3.5 Å выделены желтыми пунктирами. Кроме того, были найдены полярные контакты цепи В с другими цепями В, соседствующими с данной цепью в кристалле (рис.11). ![]() Рис.11. Полярные контакты белковой цепи В сдругими молекулами. Цепь В показана голубым, молекулы воды - красными шариками, цеппи В из соседних ассиметрических единиц показаны зеленым. Полярные контакты в пределах 3.5 Å выделены желтыми пунктирами. Таким образом, получается, что в кристалле цепь В имеет сложные взаимодействия сразу с 2 молекулами ДНК и 2 молекулами белка. Странность в расположении на краю цепочки ДНК в единичной ассиметрической единице объясняется сложным устройством кристалла, а не взаимодействием гомеодомена с концом двуцепочечной ДНК. Примеры PDB файлов, ассиметрические единицы которых не совпадают с биологической единицейЗачастую белки в организме фукнционируют в виде олигомеров - комплексов из нескольких молекул белка. Поскольку мономеры в этих комплексах соединены достаточно прочно, связи между ними могут принимать участие в образовании кристаллов. Биологической единицей называется та структура, в виде которой белок выполняет свою функцию. Ассиметрической же единицей называется комплекс, образующийся в ячейке кристалла. Рассматриваемая в начале практикума структура 2yjp соответсвует заданному критерию. Описанная в RCSB ассиметрическая единица имеет 3 молекулы белка. При этом, биологическая единица состоит из 1 молекулы (рис.12). Такое соотношение можно объяснить деформацией структур отдельных биологических едниц в процессе кристаллизации так, что воспроизвести кристалл можно только с помощью операций симметрии над 3 слипшимися вместе биологическими единицами. ![]() Рис.12. А - ассиметрическая единица 2yjp. В - одна из биологических единиц (цепь А). Далее для выполнения задания был проведен расширенный поиск в базе RCSB структур. Сначала были найдены стуктуры, ассиметрические единицы которых содержат 4 и больше молекулы белка, а биологические единицы - 1-2 молекулы. Одна из найденных структур - 5B1H, цистатоин-бета-синтаза из Lactobacillus plantarum. Биологическая единица представляет из себя гомодимер, а ассиметрическая единица включает в себя 4 белковые цепи. ![]() Рис.13. А - ассиметрическая единица 5b1h. В - биологическая единица. Наконец, были найдены структуры, ассиметрическая единица которых имеет 1-2 молекулы белка, а биологическая - 3 и более. Найденный пример - 5G4K, флороклюкон-редуктаза из Clostridium sp.. Биологическая единица - это гомотетрамер. Ассиметрическая единица включает в себя только половину биологической - 2 молекулы белка. ![]() Рис.14. А - ассиметрическая единица 5g4k. В - биологическая единица, восстановленная из ассиметрической. |
|||||||||||
© Маслова Валентина, 2014 Последнее изменение: 24.09.2014 |