Кристаллографическая симметрия

Содержание записи 1MNM банка PDB

В записи 1MNM.pdb в поле COMPND описаны цепи биополимеров:

цепь E		молекуда ДНК (STE6 оператор)
цепь F		молекула ДНК (STE6 оператор)
цепи A,B	белок (MCM1 регулятор транскрипции) - фрагмент: остатки 1 - 100; 
		синоним: транскрипциооный фактор рецептора феромонов; 
цепи C,D	белок (MAT ALPHA-2 репрессор транскрипции) - фрагмент: остатки 113 - 189; 
		синоним: MATING-TYPE PROTEIN ALPHA-2;

Водородные связи в пределах ассиметрической единицы

Водородные связи были изучены на примере цепи D из записи 1MNM.pdb. Связанными водородными связями считались пары двух полярных атомов (азот или кислород) из разных цепей на расстоянии менее 3,5 ангстрем.
Было создано изображение, на котором:
а) цепь D в остовной модели (бледно-зеленый цвет);
б) обе цепи ДНК в остовной модели (красный цвет);
в) цепь белка, связанная с цепью D, в остовной модели (фиолетовый цвет);
г) в проволочной модели – все остатки, связанные водородными связями с цепью D (зеленые атомы С), и все остатки цепи D, связанные с другими цепями (желтые атомы С). (атомы кислорода красные, атомы азота - синие).

Для этого в PyMOL были определены множества:

цепь D					select D_chain, chain D

полярные атомы цепи D 			select polar_D, chain d and symbol o+n and not(resn HOH)

цепи ДНК				select dna_chains, chain e+f

полярные атомы не из цепи D		select polar_notD, not(chain d) and symbol o+n and not(resn HOH)

цепь белка, связанного с D		select prot_bonded, chain A

остатки цепи D, связанные водородными 	select aa_D, byres (polar_D and (polar_notD around 3.5))
связями с другими цепями

остатки не из цепи D, связанные с 	select aa_notD, byres (polar_notD and (polar_D around 3.5))
цепью D

Цепь D связана с молекулой ДНК и с белковой цепью A, при этом 3 связывающих остатка (Tyr 131, Arg 132, Arg 135) находятся в последовательности, для которой вторичная структура не указана, а 5 аминокислотных остатков (Gln 175, 182 Asn, Lys 186, Arg 185, Lys 188) в одной альфа-спирали (с 175 по 188 остатки) цепи D.

Симметрические образы асимметрической единицы

В PyMOL был созданы симметричные образы ассимметрической единицы, находящиеся от нее не далее 5 ангстрем. Затем были созданы изображения:
а) связи цепи D с ДНК, как содержащейся в той же ассиметрической единице, так и восстанавливаемой по симметрии кристалла

На изображении видно, как описанная выше альфа-спираль цепи D заходит в большую бороздку ДНК, с нуклеотидными основаниями которой образует водородные связи. Также видно, что аминокислоты из участка без вторичной структуры взаимодействуют с нуклеотидными остатками в малой бороздке.
б) связи цепи D с белками из других образов ассиметрической единицы

Длинный хвост цепи D взаимодействует с протяженным участком цепи A; при этом та же цепь D образует связь с цепью A из следующего симметрического образа.

Другие цепи записи 1MNM

Цепи A и B являются практически симметричными и образуют множество водородных связей друг с другом:

Цепь A желтая, цепь B фиолетовая, остатки, участвующие в водородных связях, показаны в проволочной модели.
Однако цепи С и D, хоть и являются участком одной и той же последовательности, имеют различия в конформации: участок 121-128 цепи D отходит от ДНК и образует альфа-спираль, а на участке 115-120 образует бета-лист, связываясь при этом с A цепью из соседнего симметричного образа; N-конец цепи C образует шпильку с участком своей последовательности 125-127, формируя антипараллельный бета-лист (согласно данным записи pdb), а также образует водородные связи с B цепью той же ассимметрической единицы: в результате, получается бета-лист из 6 нитей: 2 антипараллельные 5 и 6 из С цепи, 2 антипараллельные 3 и 4 из B цепи и 2 антипараллельные 1 и 2 из A цепи; при этом нити 5 и 4 параллельны, а 2 и 3 антипараллельны. Таким образом, белки оказываются достаточно прочно связаны благодаря взаимодействию с соседними сайтами ДНК, а также формированию водородных связей.

Белки изгибают молекулу ДНК; возможно, это происходит именно благодаря взаимодействиию цепей B-A и С-B: они соединяются с ДНК, происходят взаимодействия С-B, и для лучшего связывания белков и более устойчивой структуры формируется изгиб.