Краткое обоснование генно-инженерного эксперимента.
Обоснование предложенных замен.
Во-первых, белок удерживает ДНК со стороны сахаро-фосфатного остова.
Это необходимо для обеспечения его полимеразной функции (фрагмент Клёнова обладает полимеразной и 3'-экзонуклеазной активностью).
Причём одну из основных роль, как мне кажется, играет водородная связь между азотом NE2 и кислородом O2P остатка фосфорной кислоты, но также молекулы удерживают вместе электростатические и Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия (их гораздо больше на протяжении участка ДНК).
Поэтому я и решил выбрать gln419 для проекта генно-инженерного эксперимента. При замене глутамина на аланин данная водородная связь исчезнет однозначно (также как и электростатические и Ван-дер-Ваальсовы) из-за того, что изменится расстояние межеду 419 остатком и цитозином.
Но ещё не факт, что нарушится только этот контакт. Аланин не имеет дополнительной амиогруппы, в разветлении всего один метильный радикал.
Глицин имеет много областей разрешённых конформаций, так как не имеет углеводородного радикала и не обладает оптической активностью, поэтому тоже состоял в числе вариантов заместителей глутамина, но я подумал, что его подвижность как раз таки поможет ему подстроиться под окружающие аминокислоты,
то есть изменение конформации белка в глобальном масштабе могло и не произойти (карты Рамачандрана для глицинов и аланинов представлены здесь: Gly.rpp, Ala.rpp
Несмотря на то что ДНК-полимераза связывается с ДНК на достаточно большом протяжении, и, казалось бы,
разрыв одной связи не должен существенно повлиять на взаимодействие, аланин, по всей видимости, внесёт существенные изменения в конформацию белка.
Замечания:
- самой очевидной заменой была замена 355 аминокислотного остатка - аспарагиновой кислоты.
В этом случае белок теряет способность связываться с магнием, следовательно становится невозможной активация реакционного центра (ион Mg2+ активирует реакционный центр по элетрофильному механизму,
создавая на реакционном центре избыточный положительный заряд), то есть белок инактивируется.
- также ничего не было сказано о стэкинг-взаимодействиях, а их даже на таком маленьком отрезке ДНК достаточно много (между ароматическими кольцами тирозина и фенилаланина и гетероциклами азотистых оснований).
Если же говорить о замене, которая не должна внести значительных изменений в структуру, то вполне безопасно заменить лейцин на изолейцин, так как:
- они имеют практически одинаковую длину (замена не повлияет сильно на электростатические и Ван-дер-ваальсовы взаимодействия),
- обе молекулы гидрофобны (притом их гидрофобность практически одинакова из-за того, что эти аминокислоты изомеры (углеводородного скелета),
- лейцин связан с ДНК не со стороны сахарофосфатного остова,
- карты Рамачандрана для лейцина и изолейцина практически не отличаются.
©Евгений Лёушкин