4. Кристаллографическая симметрия

Работаем с записью 1MNM банка PDB.

1. Поле COMPND

Поле COMPND содержит следующую информацию:
COMPND    MOL_ID: 1;                                                            
COMPND   2 MOLECULE: DNA (STE6 OPERATOR DNA);                                   
COMPND   3 CHAIN: E;                                                            
COMPND   4 ENGINEERED: YES;                                                     
COMPND   5 MOL_ID: 2;                                                           
COMPND   6 MOLECULE: DNA (STE6 OPERATOR DNA);                                   
COMPND   7 CHAIN: F;                                                            
COMPND   8 ENGINEERED: YES;                                                     
COMPND   9 MOL_ID: 3;                                                           
COMPND  10 MOLECULE: PROTEIN (MCM1 TRANSCRIPTIONAL REGULATOR);                  
COMPND  11 CHAIN: A, B;                                                         
COMPND  12 FRAGMENT: RESIDUES 1 - 100;                                          
COMPND  13 SYNONYM: PHEROMONE RECEPTOR TRANSCRIPTION FACTOR;                    
COMPND  14 ENGINEERED: YES;                                                     
COMPND  15 MOL_ID: 4;                                                           
COMPND  16 MOLECULE: PROTEIN (MAT ALPHA-2 TRANSCRIPTIONAL REPRESSOR);           
COMPND  17 CHAIN: C, D;                                                         
COMPND  18 FRAGMENT: RESIDUES 113 - 189;                                        
COMPND  19 SYNONYM: MATING-TYPE PROTEIN ALPHA-2;                                
COMPND  20 ENGINEERED: YES
Исходя из этих данных, в записи представлены такие цепи биополимеров:
  • ДНК (оператор STE6), цепь Е;
  • ДНК (оператор STE6), цепь F;
  • белок (фактор транскрипции МСМ1, он же фактор транскрипции рецептора феромонов), цепи А и В;
  • белок (репрессор транскрипции МАТ α-2, он же белок α-2, определяющий тип спаривания у дрожжей), фрагменты цепей C и D c 113 по 189 а.о.)

2. Водородные связи цепи D в пределах асимметрической единицы

Необходимо изучить водородные связи цепи D в пределах асимметрической единицы. Водородной связью будем считать расположение атомов двух полярных (азот или кислород) атомов из разных цепей на расстоянии менее 3,5 &Around;.
а) Цепь D в остовной модели (cartoon):


б) Обе цепи ДНК в остовной модели:

Цепь D, связанная с обеими цепями ДНК, в остовной модели:


в) Цепь белка, связанная с цепью D, в остовной модели:


Зелёная - цепь D, жёлтая - цепь А.

г) В проволочной (lines) модели – все (аминокислотные и нуклеотидные) остатки, связанные водородными связями с цепью D, и все остатки цепи D, связанные с другими цепями. На изображении остатки цепи D окрашены зелёным, цепи А - жёлтым, цепи F - голубым, а цепи E - сиреневым. Полярные атомы N и O, образующие водородные связи, выделены шариками.


Скрипт для получения этого изображения:

hide all
select dpolar, chain d & symbol o+n
select dpolar, dpolar and not het
select opolar, symbol o+n and not chain d and not het
select ocont, opolar and (dpolar around 3.5)
select dcont, dpolar and (opolar around 3.5)
show lines, byres (dcont)
show lines, byres (ocont)
set line_width, 2
color yellow, symbol c & byres (ocont) & chain a
color cyan, symbol c & byres (ocont) & chain f
color violet, symbol c & byres (ocont) & chain e
show spheres, ocont | dcont
set sphere_scale, 0.3
label (name ca+c1*+c1') & byres (ocont | dcont), "%s-%s"%(resn,resi)
set label_size, 18
ray

Таким образом, цепь D в пределах одной асимметрической единицы взаимодействует с одной белковой цепью (А) и двумя цепями ДНК, причем как с большой, так и с малой бороздками. С большой бороздкой ДНК связи образуют аминокислотные остатки альфа-спирали, с малой - неструктурированного участка. Можно отметить, что все водородные связи цепи D образованы очень небольшим числом остатков (всего 8), при этом некоторые из них взаимодействуют и с белком, и с ДНК сразу, например:


3. Водородные связи цепи D с молекулами, находящимися в соседних симметрических образах асимметрической единицы

Чтобы в PyMOL отобразить элементы соседних симметрических образов асимметрической единицы, необходимо использовать команду
symexp sym,1MNM,chain d,3.5
Цепь D взаимодействует как с ДНК из того же образа асимметрической единицы, так и из соседнего, поскольку расположена близко к его границе:

На изображении цепи ДНК, находящиеся в соседнем образе асимметрической единицы, выделены красным.
Рассмотрим это взаимодействие ближе:

Как видно, цепь D образует водородные связи с атомами остова ДНК.

Теперь изучим, как она связана с белковыми цепями из соседних образов асимметрической единицы:


Цепь D взаимодействует только с цепями А (слева и справа от неё; выделены красным цветом), причём с одной из них она образует общий бета-лист.

4. Сравнение контактов и конформации цепи D с контактами и конформацией цепи С

Конформация цепи С выглядит так:


В отличие от цепи D, которая состоит из четырёх альфа-спиралей и бета-тяжа, цепь С содержит три альфа-спирали и два бета-тяжа несмотря на то, что их последовательности идентичны.
Как и D, цепь С связана с обеими цепями ДНК (E,F) и одной белковой (B), с которой, в отличие от связи между цепями D и А, она образует общий бета-лист:


Обе цепи (и C, и D) взаимодействуют как с большой, так и с малой бороздками ДНК, причем в большой бороздке лежит альфа-спираль:


Вероятно, в клетке конформации и контакты цепей C и D одинаковы. Скорее всего, вторичная структура цепи D изменилась при кристаллизации.

Назад