Занятие 9. Исследование белок-нуклеиновых контактов

Ваша задача — получить заданный документ PDB, получить документ со структурой биологической единицы и исследовать контакты между белком и нуклеиновой кислотой.

Как получить файлы со структурами?

Заданный файл PDB можно скопировать с сайта PDB, а биологическую единицу предложенного Вам комплекса — с сайта Macromolecular Structure Database EBI. В результате поиска по PDB-идентификатору выдача, возможно, будет содержать несколько моделей, Вам придется выбрать одну из них. Скачанный файл будет иметь расширение mmol (название вида 1xxx.mmol), переименуйте его в 1xxx_mmol.pdb (где вместо 1xxx, естественно, должен быть Ваш PDB ID).

Откройте оба файла с помощью RasMol, сравните структуры, наблюдения опишите в протоколе. В дальнейшей работе используйте файл с биологической единицей.

Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты

Посмотрите, как в тексте полученных документов названы нужные Вам атомы: атомы остатка сахара, остатка фосфорной кислоты, атомы азотистых оснований. Вспомните, как в программе RasMol можно задать нужное Вам множество атомов (команда define). Вам придется также использовать предопределенные в RasMol множества атомов белковой молекулы polar и hydrophobic.

Выполнив в RasMol скрипт P:\y05\Term3\dna.def, Вы сможете использовать еще три нужных Вам 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").

Наконец, Вам придется самим определить (к сожалению, в RasMol это не встроено) множества полярных и неполярных атомов ДНК. Полярными атомами будем считать все атомы кислорода и азота, а неполярными - все атомы углерода. Тем самым нужные Вам множества определяются так:
  - полярные атомы 2'-дезоксирибозы: " *.O?* " (азота в сахарах нет, а атомы кислорода обозначаются O3*, O4* etc.)
  - полярные атомы остатков фосфорной кислоты: " *.O?P " (это два атома кислорода: O1P и O2P)
  - полярные атомы азотистых оснований, обращенные в большую (малую) бороздку: "(oxygen,nitrogen) and mjg" (соответственно, "(oxygen,nitrogen) and mig")
  - неполярные атомы 2'-дезоксирибозы: " *.C?* " (эквивалентно: "dna and backbone and carbon", поскольку все атомы углерода остова ДНК находятся в остатке сахара)
  - неполярные атомы ... бороздки: "carbon and ...".

К определениям, использующим знак "?" (вроде " *.O?* ") лучше всегда добавлять "and dna" поскольку в записи могут содержаться лиганды с аналогичными названиями атомов.

С помощью команды select within( <порог расстояния>, <множество>), а также вспомнив логические операции над множествами, определите количество атомов белка, образующих контакты каждого типа, заполните таблицу.

*Дополнительные баллы можно будет получить, если к протоколу будет приложен скрипт-файл для работы в RasMol.

При поиске полярных контактов рекомендуем использовать порог расстояния в 3,5 Å, а при поиске неполярных — 4,5 Å. (Напоминаем, что полярный контакт, или водородная связь, имеет место, если оба контактирующих атома полярны; соответственно, неполярный контакт, или гидрофобное взаимодействие, предполагает, что оба атома неполярны).

Таблица. Контакты разного типа в комплексе ...

	Полярные	Гидрофобные	Всего
Контакты белка с ...
... остатками 2'-дезоксирибозы
... остатками фосфорной кислоты
... остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки
... остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки

Сравните количество контактов разного типа, напишите краткое резюме в протоколе.

Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК.

Предположите, какие остатки белка отвечают за специфичность узнавания белком ДНК, выберите наиболее интересный. Постройте изображение выбранного остатка и контактирующего с ним фрагмента ДНК в шарнирной модели, включите изображение в отчет.



Описание функций исследованного белка

Найдите описание заданного белка в UniProt и описание соответствующего ДНК-связывающего домена в Pfam. В протоколе кратко опишите функции белка и особенности соответствующего семейства ДНК-связывающих доменов. Проверьте, является ли выбранный в упр. 3 аминокислотный остаток консервативным (используйте выравнивание из Pfam).



Построение схемы контактов белка с ДНК

Программа nucplot, предназначенная для визуализации контактов между ДНК и белком, запускается на сервере kodomo-count. Синтаксис запуска уточните, запустив nucplot без параметров. Схема контактов будет представлена в формате Postscript (ps). Просмотрите изображение ассоциированной программой GSview. Сравните схему с данными заполненной Вами таблицы, резюме приведите в протоколе.