Исследование белок-нуклеиновых контактов

1. Получение файлов со структурой

2. Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты

Контакты белка с остатками 2'-дезоксирибозы

• Полярные
  С помощью скрипта были выявлены полярные атомы белка (кислород, азот), которые могут участвовать в полярном взаимодействии с остатками 2'-дезоксирибозы. В качестве порогового расстояния для полярного контакта было выбрано 3,5Å. Таких атомов оказалось всего 6, т.е. 6 аминокислотных остатков могут взаимодействовать с остатками 2'-дезоксирибозы, ниже приден список этих взаимодействий:

  атом ам/к	атом 2'-дезоксирибозы	расстояние в Å
  Asn622A.ND	G9C.O4	2,9
  Lys582A.NZ	C26B.O4	3,41
  Arg578A.NH	T25B.O3	3,36
  Gln797A.NE	G7C.O4	3,04
  Arg789N.NE	A5C.O3	3,31
  Arg789A.NH	T4C.O4	3,08

  
  С помощью скрипта получено изображение полярного контакта белка с остатками 2'-дезоксирибозы:
  

• Гидрофобные
  В качестве порогового значения расстояния между атомами для гидрофобного контакта было выбрано 4,5Å. С остатками 2'-дезоксирибозы целых 66 атомов белка образует гидрофобные контакты. Расмотрим те аминокислотные остатки, чьи атомы участвуют сразу и в полярных, и в гидрофобных контактах, ниже приведен список гидрофобных контактов 2'-дезоксирибозы с такими аминокислотными остатками:

  атом ам/к	атом 2'-дезоксирибозы	расстояние в Å
  Asn622A.CB	G9C.C4	4,13
  Asn622A.CG	G9C.C4	3,88
  Gln797A.CD	G7C.C1	4,02
  Lys582A.CE	C26B.C1	3,85
  Lys582A.CD	C26B.C4	4,04
  Lys582A.CG	A27B.C5	3,94
  Arg789.CB	C6C.C5	4,13
  Arg789A.CZ	T4C.C1	3,97

  
  С помощью скрипта получено изображение гидрофобного контакта белка с остатками 2'-дезоксирибозы:
  

Контакты белка с остатками фосфорной кислоты

• Полярные
  Были исследованы полярные контакты, между белком и остатками фосфорной кислоты, найдено 14 контактов, их список приведен в таблице ниже (справа в таблице приведено изображение контактов):

  атом ам/к	атом фосфорной кислоты	расстояние в Å
  Gln612A.N	T8C.O1	2,80
  Arg771A.NH1	G7C.O1	2,93
  Arg771A.NH2	G7C.O1	2,79
  Arg789.NH	C6C.O1	2,99
  Arg789.NE	C6C.O1	3,08
  Glu620A.N	A10C.O1	2,84
  Arg629A.NH	G29B.O2	3.18
  Arg629A.NE	G29B.O2	3,02
  Arg629A.N	C28B.O1	2,88
  Ile628A.N	C28B.O1	2,82
  Thr556A.N	T25B.O1	2,68
  Ala558A.N	C26B.O2	2,65
  Arg578A.NH	C26B.O1	2,78
  Lys551A.N	A24B.O1	3,49

• Гидрофобные: гидрофобных контактов нет, т.к. среди атомов остатков фосфорной кислоты нет углеродов.

Контакты белка c остатками азотистых оснований

• Полярные контакты белка с атомами азотистых оснований со стороны большой бороздки:
  Всего было обнаружено 2 контакта (справа в таблице приведено изображение контактов):

  атом ам/к	атом азотистого основания	расстояние в Å
  Arg729A.NH	G3C.O6	3,09
  Ala707A.O	A5C.N6	2,79

• Гидрофобные контакты белка с атомами азотистых оснований со стороны большой бороздки:
  Всего может предположительно реагировать 21 атом аминокислотных остатков.
• Полярные контакты белка с атомами азотистых оснований со стороны малой бороздки:
  Обнаружно 2 контакта, ам/к Lys может реагировать с C26 или T25, более вероятен котнакт с C26, т.к расстоянее между предположительно контактируюшими атомами меньше (справа в таблице приведено изображение контактов):

  атом ам/к	атом азотистого основания	расстояние в Å
  Lys582A.NZ	C26B.O2	2,80
  Lys582A.NZ	T25B.O2	4,03

• Гидрофобные контакты белка с атомами азотистых оснований со стороны малой бороздки:
  Всего может предположительно реагировать 9 атомов аминокислотных остатков, из них 8 реагируют с A5C.C2 и один с A27B.C2.

Общее число контактов:

3. Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК

• Arg789: может образовывать полярные контакты с 2 атомами разных остатков 2'-дезоксирибозы; гидрофобные контакты с 2 атомами разных остатков 2'-дезоксирибозы; полярный контакт с одним остатком фосфорной кислоты. Причем с атомами С6 и T4 образовываться по 2 типа контактов. Это позволяет сделать вывод о том, что данный ам/к остаток может обеспечивать узнавание сайта в молекуле ДНК.
  
• Lys582: может образовывать полярный контакт с остатком 2'-дезоксирибозы; гидрофобный контакт с тем же остатком и еще одним другим; полярный контакт с 2 атомами азотистых оснований со стороны малой бороздки. Это также позволяет причислить данный ам/к остаток к ответственным за узнавание сайта в молекуле ДНК.
  

4. Описание функций исследованного белка

Описание доменной структуры с идентификаторами записи Pfam:

Идентификатор Pfam	Название записи	Полное название домена	Положение в последовательности DPO1_BACST
PF02739	5_3_exonuc_N	5'-3' экзонуклеаза (N-концевой, похожий на резолвазу домен).	3-169
PF01367	5_3_exonuc	C-концевая SAM-свертка 5'-3' экзонуклеазы.	171-271
PF00476	DNA pol A	ДНК-полимераза.	495-875

3'-5' экзонуклеазный домен относится к Swiss, его координаты - 300-466.
Как видно из координат, выбранные аминокислотные остатки относятся к домену ДНК-полимеразы, семейство ДНК-полимеразы А. Домены данного сеймества участвуют в репликации ДНК: ДНК-зависимые ДНК-полимеразы являются ключевыми катализаторами репликации ДНК. Им необходима небольшая молекула РНК или белка - праймер - для начала синтеза новой цепи ДНК. Было получено выравнивание ДНК-полимеразных доменов из разных организмов: посмотреть. Из выравнивания видно, что выбранные остатки - аргинин и лизин - действительно являются консервативными.

5. Построение схемы контактов белка с ДНК

В целом, многие из указанных ранее взаимодействий нашли отражение в приведенной выше визуализации. Некоторые атомы взаимодействуют через воду, а эти контакты не были рассмотрены. Оба выбранных остатка присутсвуют в визулизации.