Структурные единицы белков

Основные понятия

Структурные мотивы

Топология

Архитектура

Структурный мотив это

набор сходно расположенных в пространстве элементов вторичной структуры, обнаруживаемый в пространственных структурахмногих, не обязательно гомологичных, белков.

Некоторым структурным мотивам приписывается определенная функциональная или структурнаяроль 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-лист Один или два бета-листа

Меандр

Меандр – река в Малой Азии Греческий ключ - узор

Два греческих ключа в структуре

Рулет (jellyroll)

Рулет

Green Fluorescent Protein from Aequorea victoria

Какие элементы супервторичнойструктуры можно найти?

Интерлок (interlock, зацепление)

Strand 1

Strand 3

Sheet ASheet BStrand 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 1 Strand 2 Strand 3 Strand 4

Интерлок

Вопрос. Различаются ли правый и левый интерлоки?

Бета-альфа-бетаСмешанные

Левосторонний(редкий)

Правосторонний

Альфа-спиральныеКонтакты 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

спиралямиТрехспиральный узел: гомеодомены Mata1-Matalpha2

Четырехспиральный узел: лямбда-реппрессор из фага лямбда

Четырехспиральный узел2cro

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 7йостаток цепей A и B;Leu - зеленые (A) итемнозеленые (B)

Лейциновая молнияPDB код 1ci6

Спирализованная спираль проявляется в последовательности периодичностью. Например, иногда - лейциновой молнией

Белок SCP1 из синаптонемного комплекса – тоже coiled coil

Большая бороздка

Малая бороздка

Большая бороздка

Сахарофосфатный остов ‘прямой’ цепи

Сахарофосфатный остов ‘обратной’ цепи

5’

5’

3’

3’

Вот что нужно узнавать!

Вот как расположены домены ‘лейциновая молния’ при связывании ДНК

1NWQ: транскрипционный факторCCAAT/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 последовательностибелка 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 fibrinogenтри параллельных спирали. 2.7Å

1QU7: E.coli cytoplasmic domain of a serine chemotaxis receptor.2.6ÅЧетыре антипараллельных спирали

Тропоколлаген – тройная спираль1BKV: 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 тропоколлагенысвязаны водороднымисвязями гидроксильных группгидроксипролинас 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 IVITELLINE from HEN(1vmo)

Бета-призма IILECTIN FROM SNOWDROP(1jpc)

Тройная спираль. Фибритин аденовируса,сцепленный с похожим белком бактериофага T4(1v1h)