Основные понятия структурной биологии

Структурные единицы
белков
Основные понятия
Структурные мотивы
Топология
Архитектура
Структурный мотив это
набор сходно расположенных в пространстве
элементов вторичной структуры,
обнаруживаемый в пространственных структурах
многих, не обязательно гомологичных, белков.
Некоторым структурным мотивам приписывается
определенная функциональная или структурная
роль в белке.
Часто встречающиеся структурные
мотивы
Бета-структурные
–
–
–
–
–
бета-шпилька
греческий ключ
рулет
меандр
интерлок
Смешанные альфа-бета
- бета-альфа-бета
Альфа-спиральные
- шпилька альфа-спиралей
- спираль-поворот-спираль
- лейциновая молния
- 3х-спиральный узел
- пучок параллельных
спиралей
Бета-шпилька (beta hairpin)
Вопрос. Различаются ли правая и левая
шпильки?
Меандр
Греческий ключ
Один бета-лист
Один или два бета-листа
Меандр – река в Малой Азии
Греческий ключ - узор
Два греческих ключа в структуре
Рулет (jellyroll)
Green Fluorescent Protein
from Aequorea victoria
Рулет
Какие элементы супервторичной
структуры можно найти?
Интерлок (interlock, зацепление)
Интерлок
Strand 1
Strand 2
(1) Strands 1 and 3 are antiparallel
neighbors in a sheet
Strand 3
(2) Strands 2 and 4 are antiparallel
neighbors in a sheet
Strand 3
Strand 1
Sheet A
Strand 4
Strand 2
Strand 4
Sheet B
(3) No strands of either sheet A
or sheet B are contained in links
connecting Strands 1 and 2 and
Strands 3 and 4 resp.
Вопрос. Различаются ли правый и левый интерлоки?
Бета-альфа-бета
Смешанные
Правосторонний
Левосторонний
(редкий)
Альфа-спиральные
Контакты альфа-спиралей разнообразны (нет
универсальных взаимодействий типа водородных связей
между тяжами)
Поэтому спиральные элементы супервторичной структуры
и структурные мотивы плохо определены.
Шпилька из альфаспиралей
Вопрос. Что значит “плохо определены”?
Мотив спираль-поворот-спираль
(helix-turn-helix, HTH)
Трехспиральный узед
HTH мотив вписан в глобулу, обычно
образованную тремя или четырьмя
спиралями
Трехспиральный узел:
гомеодомены Mata1-Matalpha2
Четырехспиральный узел:
лямбда-реппрессор из фага
лямбда
Четырехспиральный узел
2cro
Структурный мотив “лейциновая молния”
Встречается и в фибриллярных, и в
глобулярных белках, чаще всего – факторах
транскрипции.
В факторах транскрипции играет две роли
одновременно:
(1) димеризация;
(2) узнавание определенной
последовательности ДНК и связывание
фактора с ней (“специфическое узнавание
ДНК”)
Как лейциновая молния (Leucine
zipper) проявляется в структуре?
Лейциновая молния
PDB код 1ci6
Показаны каждый 7й
остаток цепей A и B;
Leu - зеленые (A) и
темнозеленые (B)
Спирализованная спираль проявляется в
последовательности периодичностью.
Например, иногда - лейциновой молнией
Белок SCP1 из синаптонемного комплекса – тоже coiled coil
5’
3’
Большая
бороздка
Сахарофосфатный
остов ‘обратной’ цепи
Вот что нужно
узнавать!
Малая
бороздка
Большая
бороздка
3’
5’
Сахарофосфатный
остов ‘прямой’ цепи
Вот как расположены домены
‘лейциновая молния’ при
связывании ДНК
1NWQ: транскрипционный фактор
CCAAT/enhancer-binding protein
(C/EBPs) крысы
Мотивы в “периодических”
структурах
• Спирализованная спираль (Coiled coil)
(миозин, альфа-кератин)
• Тройная спираль
(коллаген)
• Бета-спираль (beta-helix, beta-prism)
(фиброин паутины)
Миозин – фибриллярный белок
Тропомиозин из сердечной мышцы
кролика (это не миозин, но тоже
двойная спирализованная спираль coiled coil)
PDB 2TMA. РСА, разрешение 15 ангстрем
Две параллельные альфа-спирали
Упражнение. Сколько остатков в
полипептидной цепи, составляющей
спирализованный хвост миозина (длина его
150нм)?
Различные филаменты могут быть видны и измерены в
электронном микроскопе. Поэтому знание последовательности
белка и ее длины может помочь в идентификации его функции.
Пример: SCP1 (Ю.Ф. Богданов с соавт.2003). Предложенная модель:
Последовательность SCP1
состоит 976 aa
Белки colied coil
1M1J: native chicken fibrinogen
три параллельных спирали. 2.7Å
1QU7: E.coli cytoplasmic domain
of a serine chemotaxis receptor.2.6Å
Четыре антипараллельных спирали
Тропоколлаген – тройная спираль
1BKV: синтетический
коллагеноподобный
белок с природной
последовательностью
PRO-HYPGLY-PRO-HYPGLY-PRO-HYPGLY-ILE-THRGLY-ALA-ARGGLY-LEU-ALAGLY-PRO-HYPGLY-PRO-HYPGLY-PRO-HYPGLY-PRO-HYP-
=========
G-X-X
Тройная спираль удерживается
регулярными водородными связями
остовных атомов
i-я тройка
Цепь A
Цепь B
(i+1)-я
Цепь C
i-я тройка:
Gly-Pro-Hyp
(i+1)-я:
Gly-Pro-Hyp
ПРАВИЛО:
Цепь B
Цепь A
Цепь C
Gly.N из (i+1)-й тройки цепи образует
водородную связь с Pro.O из i-й тройки
следующей по стрелке цепи
Модель коллагена (5 цепей
тропоколлагена)
Соседние
тропоколлагены
связаны
водородными
связями
гидроксильных
групп
гидроксипролина
с остовными
кислородами
Фиброин паутины – 2-бета-спираль
(beta helix or solenoid)
3-бета-спираль. Содержит повторяющийся
(несовершенный) гексапептид
[LIV]-[GAED]-X2-[STAV]-X Такую структуру имеют
т.н. “гексапептид ацилтрансферазы”
Бета-призма I
VITELLINE from HEN
(1vmo)
Бета-призма II
LECTIN FROM SNOWDROP
(1jpc)
Тройная спираль.
Фибритин аденовируса,
сцепленный с похожим
белком бактериофага T4
(1v1h)