Протокол к занятию.

Отчёт к 9 заданию студентки 202 группы Рудневой Василисы.
Исследование белок-нуклеиновых контактов
1.Заданный мне PDB файл: DNA_photolyase (DNA photolyase) 1TEZ
COMPLEX BETWEEN DNA AND THE DNA PHOTOLYASE FROM ANACYSTIS NIDULANS
View Structure Summary
Characteristics
Release Date: 14-Dec-2004 Exp. Method: X Ray Diffraction
Resolution: 1.80 Å
Classification
Lyase/dna
Compound
Polymer: 1 Molecule: 5'-D(*AP*TP*CP*GP*GP*CP*T*(TCP)P*CP*GP*C)-3' Chains: I,K Other
Details: Formacetal linkage replaces phosphate linkage between T7 and T8 of chains I and K
Polymer: 2 Molecule: 5'-D(P*CP*GP*AP*AP*GP*CP*CP*GP*A)-3' Chains: J,L
Polymer: 3 Molecule: 5'-D(*TP*CP*GP*C)-3' Chains: M,O
Polymer: 4 Molecule: 5'-D(P*GP*CP*CP*GP*A)-3' Chains: N,P
Polymer: 5 Molecule: Deoxyribodipyrimidine photolyase Chains: A,B,C,D EC no.: 4.1.99.3 Go to
IUBMB EC entry Other Details: SYNTHETIC DNA OLIGONUCLEOTIDES ENGINEERED AS
COUNTERSTRAND
Authors
Mees, A., Klar, T., Gnau, P., Hennecke, U., Eker, A.P.M., Carell, T., Essen, L.-O.
Были выбраны цепи L,K,B. Где цепи L и K -- цепи ДНК:
SEQRES 1 K 11 DA DT DC DG DG DC DT TCP DC DG DC
SEQRES 1 L
9 DC DG DA DA DG DC DC DG DA
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
1B
2B
3B
4B
5B
6B
7B
8B
9B
10 B
11 B
12 B
13 B
14 B
15 B
16 B
17 B
18 B
19 B
20 B
21 B
22 B
23 B
24 B
25 B
26 B
27 B
28 B
29 B
30 B
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
474
ALA ALA PRO ILE LEU PHE TRP HIS ARG ARG ASP LEU ARG
LEU SER ASP ASN ILE GLY LEU ALA ALA ALA ARG ALA GLN
SER ALA GLN LEU ILE GLY LEU PHE CYS LEU ASP PRO GLN
ILE LEU GLN SER ALA ASP MET ALA PRO ALA ARG VAL ALA
TYR LEU GLN GLY CYS LEU GLN GLU LEU GLN GLN ARG TYR
GLN GLN ALA GLY SER ARG LEU LEU LEU LEU GLN GLY ASP
PRO GLN HIS LEU ILE PRO GLN LEU ALA GLN GLN LEU GLN
ALA GLU ALA VAL TYR TRP ASN GLN ASP ILE GLU PRO TYR
GLY ARG ASP ARG ASP GLY GLN VAL ALA ALA ALA LEU LYS
THR ALA GLY ILE ARG ALA VAL GLN LEU TRP ASP GLN LEU
LEU HIS SER PRO ASP GLN ILE LEU SER GLY SER GLY ASN
PRO TYR SER VAL TYR GLY PRO PHE TRP LYS ASN TRP GLN
ALA GLN PRO LYS PRO THR PRO VAL ALA THR PRO THR GLU
LEU VAL ASP LEU SER PRO GLU GLN LEU THR ALA ILE ALA
PRO LEU LEU LEU SER GLU LEU PRO THR LEU LYS GLN LEU
GLY PHE ASP TRP ASP GLY GLY PHE PRO VAL GLU PRO GLY
GLU THR ALA ALA ILE ALA ARG LEU GLN GLU PHE CYS ASP
ARG ALA ILE ALA ASP TYR ASP PRO GLN ARG ASN PHE PRO
ALA GLU ALA GLY THR SER GLY LEU SER PRO ALA LEU LYS
PHE GLY ALA ILE GLY ILE ARG GLN ALA TRP GLN ALA ALA
SER ALA ALA HIS ALA LEU SER ARG SER ASP GLU ALA ARG
ASN SER ILE ARG VAL TRP GLN GLN GLU LEU ALA TRP ARG
GLU PHE TYR GLN HIS ALA LEU TYR HIS PHE PRO SER LEU
ALA ASP GLY PRO TYR ARG SER LEU TRP GLN GLN PHE PRO
TRP GLU ASN ARG GLU ALA LEU PHE THR ALA TRP THR GLN
ALA GLN THR GLY TYR PRO ILE VAL ASP ALA ALA MET ARG
GLN LEU THR GLU THR GLY TRP MET HIS ASN ARG CYS ARG
MET ILE VAL ALA SER PHE LEU THR LYS ASP LEU ILE ILE
ASP TRP ARG ARG GLY GLU GLN PHE PHE MET GLN HIS LEU
VAL ASP GLY ASP LEU ALA ALA ASN ASN GLY GLY TRP GLN
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
SEQRES
31 B
32 B
33 B
34 B
35 B
36 B
37 B
474
474
474
474
474
474
474
TRP SER ALA SER SER GLY MET ASP PRO LYS PRO LEU ARG
ILE PHE ASN PRO ALA SER GLN ALA LYS LYS PHE ASP ALA
THR ALA THR TYR ILE LYS ARG TRP LEU PRO GLU LEU ARG
HIS VAL HIS PRO LYS ASP LEU ILE SER GLY GLU ILE THR
PRO ILE GLU ARG ARG GLY TYR PRO ALA PRO ILE VAL ASN
HIS ASN LEU ARG GLN LYS GLN PHE LYS ALA LEU TYR ASN
GLN LEU LYS ALA ALA ILE
2. Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты
Основания в цепях ДНК называютя dc,dg,da,dt.
атомы остатка сахара -- C1',C2',C3',C4',O4'.
атомы фосфорной кислоты -- OP1,OP2,P.
атомы азотистых оснований -- C2,N3,C4,N4,C5,C6,N1,O2.
После выполнения скрипта H:\Term3\dna.def:
base — все атомы оснований ДНК (эквивалентно dna and not backbone);
mjg — атомы оснований ДНК, обращённые в большую бороздку ("major groove");
mig — атомы оснований ДНК, обращённые в малую бороздку ("minor groove").
define dna2 (*K,*L)
define polarsugar (*.O?' and dna2)
define polardna ((nitrogen,oxygen) and dna2)
define polarphacid (*.OP1,*.OP2 and dna2)
define polarmjg ((oxygen,nitrogen) and mjg and dna2)
define polarmig ((oxygen,nitrogen) and mig and dna2)
define nonpolardna (carbon and dna2)
define nonpolarsugar (dna2 and *.C?')
define nonpolarmjg (carbon and mjg and dna2)
define nonpolarmig (carbon and mig and dna2)
Таблица. Контакты разного типа в комплексе COMPLEX BETWEEN DNA AND THE DNA
PHOTOLYASE FROM ANACYSTIS NIDULANS
Полярные
остатками 2'-дезоксирибозы -- 3
select within(3.5, polarsugar) and protein and *B and (nitrogen,oxygen)
остатками фосфорной кислоты -- 13
select within(3.5, polarphacid) and protein and *B and (nitrogen,oxygen)
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки -- 1
select within(3.5, polarmjg) and protein and *B and (nitrogen,oxygen)
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки -- 2
select within(3.5, polarmig) and protein and *B and (nitrogen,oxygen)
Гидрофобные
остатками 2'-дезоксирибозы -- 37
select within(4.5, nonpolarsugar) and protein and *B and carbon
остатками фосфорной кислоты – по условию, в остатках фосфорной кислоты нет атомов, которые
мы могли бы считать неполярными
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки -- 5
select within(4.5, nonpolarmjg) and protein and *B and carbon
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки -- 3
select within(4.5, nonpolarmig) and protein and *B and carbon
Полярные взаимодействия L и K цепей ДНК с *B цепью белка -- 21, то есть 21-3-13-1-2=2 "лишних"
взаимодействия.
select within(3.5, polardna) and protein and *B and (nitrogen,oxygen)
Гидрофобные взаимодействия L и K цепей ДНК с *B цепью белка -- 56, то есть 56-37-5-3=11
"лишних" взаимодействий.
select within(4.5, nonpolardna) and protein and *B and carbon
С чем может быть связано присутствие 2 "лишних" полярных и 11 "лишних" гидрофобных
взаимодействий?
Рассмотрим полярные взаимодействия.
Их всего 21.
Контакты с остатками 2'-дезоксирибозы выделены боле крупным, их всего 3. Контактов с
остатками фосфорной кислоты – 13, они выделены фиолетовым цветом и по рисунку видно, что в
одном атоме(NH1 6540 ARG 350) они пересекаются с контактами дезоксирибозы.
Контакт молекулы белка цепи B с остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки
всего один, он обозначен жёлтым, со стороны малой бороздки – 2, они покрашены в зелёный цвет.
Также на картинке подписаны три контакта, не вошедшие ни в одну из вышеперечисленных групп:
OE2 5966 GLU 283
OD1 6529 ASN 349
ND2 6530 ASN 349
Чем они могут быть обусловлены?.
Теперь посчитаем ещё раз число контактов: 3+13-1(общий)+1+2+3(не вошедших в группы)=21.
Значит, все контакты учтены. Тем не менее интересным кажется то, что с атомом NH1 6540 ARG
350 в ДНК образуется сразу две связи – одна через дезоксирибозу и одна через остаток
фосфорной кислоты, то есть в этом месте усиливается прикрепление белка к ДНК. Это должно
нести какой-то функциональный смысл.
Рассмотрим гидрофобные взаимодействия.
Всего их 56.
Контакты белка с остатками 2'-дезоксирибозы обозначены розовым цветом, их 37, а с остатками
азотистых оснований со стороны большой бороздки – более крупным, их 5.Их общих контактов,
соответственно большие розовые, 3:
CG 6953 PRO 402
CH2 5993 TRP 286
CZ2 5991 TRP 286
Контактов молекулы белка цепи B с остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 3
и они просто подписаны. Откуда видно, что один из них, а именно CG 6953 PRO 402 является
общим как для контактов с остатками азотистых оснований со стороны большой и малой бороздок,
так и для контактов с остатками 2'-дезоксирибозы. Что также наводит на мысль о функциональной
значимости увеличения прочности связи именно с этой частью белка. Возможно, этот участок
белка является связывающим сайтом. Несложно заметить, что количество общих, то есть
«усиленных» контактов с белком среди гидрофобных больше, чем среди полярных. С чем же это
может быть связано? Помимо того, что таких контактов больше по количеству(для полярных всего
1, а для гидрофобных - 3), они различаются и по качеству(«тройной» контакт).
Также есть несколько контактов, не вошедших ни в одну из групп:
CD 5964 GLU 283
CG 6528 ASN 349
CG 6564 MET 353
CZ3 6887 TRP 392
CE3 6885 TRP 392
CD2 6882 TRP 392
CE2 6884 TRP 392
CG 6880 TRP 392
CB 6879 TRP 392
CD1 6881 TRP 392
CD1 5986 TRP 286
CG 5985 TRP 286
CE2 6034 TYR 290
CE3 5990 TRP 286
CZ3 5992 TRP 286
Посчитаем контакты: 37+5+ 3-3(общие для рибозы и остатков азотистых оснований со стороны
большой бороздки)-1(посчитанный трижды)+15(«не учтённых»)=56. Значит, все контакты учтены.
Опять же, как и в случае полярных взаимодействий, есть атом CG 6953 PRO 402, с которым
молекула ДНК образует сразу три контакта. Наверняка, это связано с расположением сайта
связывания белка. На равнее с тем, что ещё два атома белка, расположенных рядом, образуют
по два контакта каждый с цепью ДНК.
3. Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК
Далее были рассмотрены контакты ДНК с наиболее интересными атомами белка – с атомами,
образующими 2 и более контактами:
NH1 6540 ARG 350 – образует два полярных контакта
CG 6953 PRO 402 - образует три гидрофобных контакта
CH2 5993 TRP 286 – образует два гидрофобных контакта
CZ2 5991 TRP 286 – образует два гидрофобных контакта
На рисунке в остовной модели представлена структура изучаемой ДНК. Зелёным цветом в
остовной модели представлены аминокислотные остатки, содержащие данные атомы, которые в
свою очередь представлены в шарнирной модели с раскраской по атомам. Также представлены в
шарнирной модели с раскраской по атомам атомы изучаемой ДНК, находящиеся на расстоянии
не большем 4.5 Å для атомов CG 6953 PRO 402,CH2 5993 TRP 286,CZ2 5991 TRP 286 и 3.5 Å для
NH1 6540 ARG 350. Изучаемые атомы подписаны.
select within(4.5,pro402:b.cg) and dna2 and carbon
select within(4.5,trp286:b.ch2) and dna2 and carbon
select within(4.5,trp286:b.cz2) and dna2 and carbon
select within(3.5,arg350:b.nh1) and dna2 and (nitrogen,oxygen)
В соответствии с полученной картинкой, можно сделать предположение, что механизм работы
белка каким-то образом связан с деформацией (растяжением) ДНК.
Проверить эту догадку можно только выяснив истинную функцию белка.
Гетероатомы:
O3' 15663 Hetero: TCP 8
4. Описание функций исследованного белка.
ID=Q31S25_SYNP7
AC=Q31S25
Protein Name=Deoxyribodipyrimidine photolyase (EC 4.1.99.3).
length=484
Organism Name=Synechococcus sp. (strain PCC 7942) (Anacystis nidulans R2)
Taxon Group=Bacteria Cyanobacteria
ДНК-связывающий домен в Pfam -- PF03441
5. Построение схемы контактов белка с ДНК
nucplot 1TEZ.pdb
Coordinates file:
[ 1TEZ.pdb ]
Running hbadd:
*** Residue:- TCP
8 I
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O5'] maps to dictionary atom [ O5*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C5'] maps to dictionary atom [ C5*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C4'] maps to dictionary atom [ C4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O4'] maps to dictionary atom [ O4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C3'] maps to dictionary atom [ C3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O3'] maps to dictionary atom [ O3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C2'] maps to dictionary atom [ C2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C1'] maps to dictionary atom [ C1*]
*** Residue:- FAD 5485
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ PA ] maps to dictionary atom [AP ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O1A] maps to dictionary atom [AO1 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O2A] maps to dictionary atom [AO2 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O5B] maps to dictionary atom [AO5*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C5B] maps to dictionary atom [AC5*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C4B] maps to dictionary atom [AC4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O4B] maps to dictionary atom [AO4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C3B] maps to dictionary atom [AC3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O3B] maps to dictionary atom [AO3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C2B] maps to dictionary atom [AC2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O2B] maps to dictionary atom [AO2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C1B] maps to dictionary atom [AC1*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ N9A] maps to dictionary atom [AN9 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C8A] maps to dictionary atom [AC8 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ N7A] maps to dictionary atom [AN7 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C5A] maps to dictionary atom [AC5 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C6A] maps to dictionary atom [AC6 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ N6A] maps to dictionary atom [AN6 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ N1A] maps to dictionary atom [AN1 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C2A] maps to dictionary atom [AC2 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ N3A] maps to dictionary atom [AN3 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C4A] maps to dictionary atom [AC4 ]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C4X] maps to dictionary atom [ C4A]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C5X] maps to dictionary atom [ C5A]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C1'] maps to dictionary atom [ C1*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C2'] maps to dictionary atom [ C2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O2'] maps to dictionary atom [ O2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C3'] maps to dictionary atom [ C3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O3'] maps to dictionary atom [ O3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C4'] maps to dictionary atom [ C4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O4'] maps to dictionary atom [ O4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C5'] maps to dictionary atom [ C5*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O5'] maps to dictionary atom [ O5*]
*** Residue:- HDF 5486
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C1'] maps to dictionary atom [ C1*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C2'] maps to dictionary atom [ C2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O2'] maps to dictionary atom [ O2*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C3'] maps to dictionary atom [ C3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O3'] maps to dictionary atom [ O3*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C4'] maps to dictionary atom [ C4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O4'] maps to dictionary atom [ O4*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ C5'] maps to dictionary atom [ C5*]
*** Warning: Name mismatch. Residue atom [ O5'] maps to dictionary atom [ O5*]
*** Warning: Residue-type [ DA] not found in HET Group Dictionary
*** Warning: Residue-type [ DT] not found in HET Group Dictionary
*** Warning: Residue-type [ DC] not found in HET Group Dictionary
*** Warning: Residue-type [ DG] not found in HET Group Dictionary
*** Warning: Residue-type [ MG] not found in HET Group Dictionary
*** Warning. Cannot determine hybridization of N6A atom in residue-type FAD
***
H-bond acceptance set to 1
.................................................................
Running hbplus:
FATAL ERROR: Too many residues! Increase MAXNRES.
FATAL ERROR: Too many residues! Increase MAXNRES.
.................................................................
Reading parameter file ...
Input file names:PDB file
1TEZ.pdb
H-bonds file
1TEZ.hb2
Non-bonded contacts 1TEZ.nb2
Bonds file
1TEZ.bond
default numbering...
*** Warning. DNA base encountered in protein TCP
*** Warning. Unusual DNA base encountered DC
*** Warning. DNA base encountered in protein TCP
*** Warning. Unusual DNA base encountered DC
Number of DNA strands identified:
2
Number of protein chains identified:
15
*** ERROR - Unable to open file 1TEZ.hb2 for reading
..................................................................