Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kodomo.cmm.msu.ru/~lavda/Term3/9.html
Дата изменения: Mon Nov 27 10:40:41 2006
Дата индексирования: Tue Oct 2 06:08:34 2012
Кодировка: Windows-1251
DNA-Protein complexes Третий семестр

Исследование белок-нуклеиновых контактов

  • Файл 1r8e.pdb скопировала с cайта PDB, а биологическую единицу 1r8e-mmmol.pdb с сайта Macromolecular Structure Database EBI.
    Cравнение структур:
    1r8e-mmmol.pdb содержит в 2 раза больше белка и ДНК двуцепочечную.

  • Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты.

    • Выпола в RasMol скрипт dna.def, который позволяет использовать три множества:
      base - все атомы оснований ДНК (эквивалентно dna and not backbone);
      mjg - атомы оснований ДНК, обращенные в большую бороздку ("major groove");
      mig - атомы оснований ДНК, обращенные в малую бороздку ("minor groove").

    Определила множества полярных и неполярных атомов ДНК. Полярными атомами считаем все атомы кислорода и азота, а неполярными - все атомы углерода. Тем самым нужные множества определяются так:
    define dr_p *.o?* and dna
    - полярные атомы 2'-дезоксирибозы (азота в сахарах нет, атомы кислорода обозначаются O3*, O4* etc.)
    define p_ph *.o1p or *.o2p and dna
    - полярные атомы остатков фосфорной кислоты
    define mjg_p (oxygen,nitrogen) and mjg
    - полярные атомы азотистых оснований, обращенные в большую бороздку
    define mig_p (oxygen,nitrogen) and mig
    - полярные атомы азотистых оснований, обращенные в малую бороздку
    define dr_unp *.c?* and dna
    - неполярные атомы 2'-дезоксирибозы (все атомы углерода остова ДНК находятся в остатке сахара)
    define mjg_unp carbon and mjg
    - неполярные атомы большой бороздки
    define mig_unp carbon and mig
    - неполярные атомы малой бороздки

    define p_un hydrophobic and (nitrogen, oxygen)
    - полярные атомы в неполярных аминокислотах
    define p_p polar and not carbon
    - полярные атомы в полярных аминокислотах
    define p_prot p_un or p_p
    - все полярые атомы белка
    define un_p polar and carbon
    - неполярные атомы в полярных кислотах
    define un_un hydrophobic and carbon
    - неполярные атомы в неполярных кислотах
    define un_prot un_p or un_un
    - все неполярные атомы белка

    С помощью команды select within( <порог расстояния>, <множество>), определила количество атомов белка, образующих контакты каждого типа:

    При поиске полярных контактов использовала порог расстояния в 3,5 Å, а при поиске неполярных — 4,5 Å.

    Таблица. Контакты разного типа в комплексе из файла 1r8e-mmmol.pdb

    Контакты белка с ... Полярные Гидрофобные Всего
    ... с остатками 2'-дезоксирибозы 4 44 48
    ... с остатками фосфорной кислоты 22 30 52
    ... с остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 2 16 18
    ... с остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 2 0 2

    Краткое резюме:

    В нескольких случаях возможно образование связи между 1-м водородом и 2-мя атомами, но связь может существовать только одна в один момент времени. В таблице указано количество атомов белка, участвующх в контактах. Гидрофобных контактов больше, чем полярных, нет гидрофобных контактов с малой бороздкой. Гидрофобных контактов больше с остатками 2'-дезоксирибозы, а полярных контаков у ДНК больше с остатками фосфорной кислоты.

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


    • Существует 2 остатка белка, которые образуют полярные связи с ДНК, со стороны большой бороздки: Лизин 20 из цепи А и лизин 20 из цепи С. Гидрофобные взаимодействия со стороны большой бороздки осуществляются через 16 остатков белка: через Аргинин 23 (CD, CZ), через Тирозин 24 (CD1, CE1, CE2, СG, CZ), через Лизин 20 (NZ, CE) из цепей А,С. Я выбрала Lys20 из цепи A. Так как с аминокислотой Лизин 20 осуществляется оба взаимодействия, я предполагаю, что она отвечает за специфичность узнавания белком ДНК.
    Изображение выбранного остатка и контактирующего с ним фрагмента ДНК.

    Водородные связи: При помощи скрипта получено изображение слева, для правой картинки использовала такой же набор команд. Номера атомов были определены при выполнении предыдущего скрипта. Неполярные связи: 
               restrict none
           select atomno=135
           cpk 200
           label NZ
           select lys20:A or G5:D or G6:D 
           restrict selected 
           wireframe 100
           select lys20:A
           wireframe 200
           select atomno=5316
           label O6 
           select atomno=5294
           label O6
           bond 135 5316
           bond 135 5294
           color bond green 
           select atomno=5267
           label Lys 20
           select atomno=5301
           label G 6
           select atomno=5280
           label G 5
           color label blue

  • Описание функций исследованного белка


    • AC белка: P39075
    ID: BMRR_BACSU
    У белка 2 домена:


    функции белка и особенности соответствующего семейства ДНК-связывающих доменов:
    The many bacterial transcription regulation proteins which bind DNA through a 'helix-turn-helix' motif can be classified into subfamilies on the basis of sequence similarities. One of these is the MerR subfamily. MerR, which is found in many bacterial species mediates the mercuric-dependent induction of the mercury resistance operon. In the absence of mercury merR represses transcription by binding tightly, as a dimer, to the 'mer' operator region; when mercury is present the dimeric complex binds a single ion and becomes a potent transcriptional activator, while remaining bound to the mer site. Members of the family include the mercuric resistance operon regulatory protein merR; Bacillus subtilis bltR and bmrR; Bacillus glnR; Streptomyces coelicolor hspR; Bradyrhizobium japonicum nolA; Escherichia coli superoxide response regulator soxR; and Streptomyces lividans transcriptional activator tipA PUBMED:7688297, PUBMED:2492496, PUBMED:7608059, PUBMED:1677938, PUBMED:1988958, PUBMED:2305262. Other members include hypothetical proteins from E. coli, B. subtilis and Haemophilus influenzae. Within this family, the HTH motif is situated towards the N-terminus.
    Интересно, 2-ой домен- MerR, ДНК связывающий, но в нем не обнаружено аминокислотных остатков, участвующих в образовании гидрофобного, полярного взаимодействия.
    С помощью выравнивания для домена , проверила, является ли остаток Lys 20 консервативным .

    Остаток не является консервативным. Однако остатки Tyr 24 и Arg 24 являются достаточно консервативными.

  • Построение схемы контактов белка с ДНК

    • Программа nucplot предназначена для визуализации контактов между ДНК и белком. Запускается на сервере kodomo-count командой: 
    nucplot 1r8e-mmol.pdb
    Выдача-файл:

    Общее число контактов значительно меньше общего числа контактов, существование которых мы предположили с помощью RasMol. Алгоритм nucplot предъявляет более жесткие требования к определению взаимодействий. Гораздо меньше число гидрофобных взаимодействий. Для выбранной аминокислоты Lys20 не оказалось полярных взаимодействий, а неполярное только одно, возникли сомнения, что она играет большую роль в узнавании белком ДНК. Интересно, что у Lys20 из цепи C вообще нет контактов с ДНК, хотя она взаимодействует даже с теми же нуклеотидами, только из другой цепи ДНК. У остатков Tyr 24 и Arg 24 тоже обнаружено только по одному неполярному взаимодействию.
    ©Лавыш Дарья