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?
Греческий ключ Один бета-листОдин или два бета-листа Меандр Меандр – река в Малой АзииГреческий ключ - узор
Два греческих ключа в структуре
Рулет (jellyroll) Рулет Green Fluorescent Protein from Aequorea victoria Какие элементы супервторичной структуры можно найти?
Интерлок (interlock, зацепление)
Strand 1 Strand 3 Sheet A Sheet B Strand 4 Strand 2 (1) Strands 1 and 3 are antiparallel neighbors in a sheet (2) Strands 2 and 4 are antiparallel neighbors in a sheet (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. Strand 1Strand 2Strand 3 Strand 4 Интерлок Вопрос. Различаются ли правый и левый интерлоки?
Бета-альфа-бета Смешанные Левосторонний (редкий) Правосторонний
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 альфа- спиралей 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? Показаны каждый 7й остаток цепей A и B; Leu - зеленые (A) и темнозеленые (B) Лейциновая молния PDB код 1ci6
Спирализованная спираль проявляется в последовательности периодичностью. Например, и ногда - лейциновой молнией Белок SCP1 из синаптонемного комплекса – тоже coiled coil
Большая бороздка Малая бороздка Большая бороздка Сахарофосфатный остов прямой цепи Сахарофосфатный остов обратной цепи Вот что нужно узнавать!
Вот как расположены доменылейциновая 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-HYP- GLY-PRO-HYP- GLY-PRO-HYP- GLY-ILE-THR- GLY-ALA-ARG- GLY-LEU-ALA- GLY-PRO-HYP- GLY-PRO-HYP- GLY-PRO-HYP- GLY-PRO-HYP- ========= G-X-X
Тройная спираль удерживается регулярными водородными связями остовных атомов Цепь A Цепь C Цепь B i-я тройка (i+1)-я i-я тройка: Gly-Pro-Hyp (i+1)-я: Gly-Pro-Hyp
ПРАВИЛО: Цепь A Цепь C Цепь B 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)