Кіріспе

Белок байланысы картасы үш өлшемді белок құрылымының барлық мүмкін аминқышқыл қалдықтары арасындағы қашықтықты екі өлшемді бинарлық матрица арқылы көрсетеді. Егер екі қалдық арасындағы қашықтық белгіленген шектен кем болса, матрицаның сәйкес элементі 1 болады, әйтпесе 0 болады. Әртүрлі байланыс анықтамалары ұсынылған: Cα-Cα атомдары арасындағы қашықтық, шегі 6-12 Å; Cβ-Cβ атомдары арасындағы қашықтық, шегі 6-12 Å (глицин үшін Cα қолданылады); және бүйір тізбектердің масса орталықтары арасындағы қашықтық.

Шолу

Контакт карталары ақуыз құрылымының толық 3D атомдық координаттарына қарағанда, одан кем бейнеленген нұсқасын ұсынады. Оның артықшылығы – контакт карталары айналулар мен жылжуларға тәуелсіз. Оларды машиналық оқыту әдістерімен оңай болжауға болады. Сонымен қатар, белгілі бір жағдайларда (мысалы, қате болжалған контактілердің төмен деңгейінде) контакт картасын пайдаланып ақуыздың 3D координаттарын қайта құру мүмкін екені көрсетілді. Контакт карталары ақуыздарды салыстыру және ақуыз құрылымдарының ұқсастығын сипаттау үшін де қолданылады. Олар ақуыз тізбегінен болжалады немесе берілген құрылымнан есептеледі.

Байланыс картасының болжамы

Геномдық тізбектердің көп саны қолжетімді болғандықтан, мұндай тізбектерде бірге эволюциялайтын қалдықтарды талдау мүмкін болады. Бұл тәсілдің тиімділігі ақуыздың i позициясындағы мутацияның, егер екі позиция функционалды түрде байланысты болса (мысалы, ферменттік доменге қатысу арқылы, бүктелген ақуыздың жанында орналасу арқылы, тіпті осы ақуыздың олигомерінде жанында орналасу арқылы), i позициясындағы кері мутацияға қарағанда j позициясындағы мутациямен байланысу ықтималдығы жоғары болғандықтан туындайды. Көп реттіліктерді сәйкестендіруден мұндай байланысты қалдық жұптарын анықтау үшін бірнеше статистикалық әдістер бар: қалдық жұптарының байқалған және күтілетін жиіліктері (OMES); Маклакланға негізделген алмастыру корреляциясы (McBASC); статистикалық байланыс талдауы; Өзара ақпаратқа негізделген әдістер және соңғы кезде тікелей байланыс талдауы (DCA). Машиналық оқыту алгоритмдері MSA талдау әдістерін жақсартуға, әсіресе гомолог емес ақуыздар үшін (яғни, беткей MSA-лар үшін) мүмкіндік берді. Болжалған байланыс карталары мембраналық ақуыздарды болжауда қолданылды, онда спираль-спираль өзара әрекеттесулері мақсат етілді.

HB кескін

Белоктың құрылымы мен оның динамикалық қасиеттері арасындағы байланысты білу, белоктың атқаратын қызметін түсіну үшін маңызды. Белоктың үш өлшемді құрылымын сутекті байланыстардың өзара әрекеттесу желісі ретінде сипаттау (HB графигі) белок құрылымын және оның қызметін зерттеуге арналған құрал ретінде ұсынылды. Үшіншілік өзара әрекеттесу желісін талдау арқылы белок ішіндегі ақпараттың таралу мүмкіндігін зерттеуге болады. HB графигі белоктың екіншілік және үшіншілік құрылымдарын талдаудың оңай жолын ұсынады. Екіншілік құрылымдық элементтерді тұрақтандыратын сутекті байланыстар (екіншілік сутекті байланыстар) және алыс аминқышқыл қалдықтары арасында қалыптасатын, үшіншілік сутекті байланыстар ретінде анықталатын байланыстар HB графигінде оңай ажыратылады, соның арқасында белок құрылымын және оның қызметін тұрақтандыруға қатысатын аминқышқыл қалдықтарын анықтауға болады.

Ерекшеліктері

Сюжетте негізгі тізбектің өзімен, негізгі тізбек пен жанама тізбек арасындағы, және жанама тізбектер арасындағы сутекті байланыс әрекеттесулері ажыратылады. Аминқышқылдарының қалдықтары арасындағы екі тармақты және көптеген сутекті байланыстар көрсетілген, сондай-ақ тізбек ішіндегі және тізбектер арасындағы сутекті байланыстар да сызбаларда белгіленген. Сутекті байланыстардың үш класы түс бойынша жіктеледі: қысқа (донор мен акцептор арақашықтығы 2,5 Å-ден кем), орташа (2,5 Å мен 3,2 Å аралығында) және ұзын (3,2 Å-ден асатын) сутекті байланыстар.

Цитохром Р450-тер

Цитохром P450 (P450) – молекулалық оттегі мен НАДФ цитохром P450 редуктазадан электрондарды пайдаланып, субстраттарын тотықтыратын, мембранаға байланысқан, гема құрамындағы ксенобиотиктерді метаболизмдейтін ферменттер тобы. Цитохром P450 отбасының мүшесі CYP2B4 – осы отбасыдағы рентгендік сәулелерде ашық (11) және жабық (12) формаларында құрылымы анықталған жалғыз белок. CYP2B4 құрылымдарының ашық және жабық түрлерін салыстыру екі күйдегі кең ауқымды конформациялық өзгерістерді көрсетеді, ең ірі өзгеріс 215-225 қалдықтары арасында байқалады – лигандсыз күйде кең ашық, ал лиганд байланысқаннан кейін жабылады; сондай-ақ гемаға жақын орналасқан С-сақинасының аймағында. CYP2B4-тің жабық және ашық күйлерінің HB-графиктерін қарастыру, цитохром P450 катализдік циклы туралы қазіргі біліммен сәйкес, үшіншілік сутекті байланыстардың қайта құрылуын көрсетті. P450 катализдік циклының бірінші қадамы – субстраттың байланысуы. Ашық формадағы CYP2B4-тің кіреберісіне жақын лигандтың алдын ала байланысуы S212 E474, S207 H172 сутекті байланыстарын үзеді, ал E218 A102, Q215 L51 сутекті байланыстары пайда болып, кіреберісті жабық күйде бекітеді – бұл HB-графикте көрсетілген. Екінші қадам – НАДФ арқылы электронды тізбек бойымен бірінші электронның берілуі. Электронды беру кезінде конформациялық өзгеріс пайда болады, ол P450-тің НАДФ цитохром P450 редуктазасымен өзара әрекеттесуін тудырады. HB-графикте көрсетілгендей, НАДФ цитохром P450 редуктазасының байланысу орнында S128 N287, S128 T291, L124 N287 арасындағы сутекті байланыстардың үзілуі және S96 R434, A116 R434, R125 I435, D82 R400 пайда болуы CYP2B4-ті НАДФ цитохром P450 редуктазасының байланысуын қамтамасыз ететін конформациялық күйге айналдырады. Үшінші қадамда оттегі CYP2B4-тің жабық күйіне енеді – яғни, жаңа пайда болған S176 T300, H172 S304, N167 R308 сутекті байланыстары оттегі молекуласының мөлшері мен пішініне сәйкес келетін туннельді ашады.

Липокалиндер тобы

Липокалиндер отбасысы – гидрофобты молекулаларды тасымалдау функциясын атқаратын үлкен және әртүрлі ақуыздар отбасысы. Бета-лактоглобулин липокалиндер отбасының типік мүшесі болып табылады. Бета-лактоглобулин ретинол немесе май қышқылдары сияқты гидрофобты лигандтарды тасымалдауда маңызды рөл атқарады. Оның кристалдық құрылымы әртүрлі лигандтармен және лигандсыз күйде анықталды [мысалы, Qin, 1998]. Соңғы кезде анықталған кристалдық құрылымдар типтік липокалиннің гидрофобты лигандты байланыстыру үшін конустық орталық қуысты құрайтын сегіз антипараллель тізбектен тұратынын көрсетеді. Бета-лактоглобулиннің құрылымы, бета-бұрандалардың орталықтары 26, 35, 63, 87 және 111 нүктелерінде орналасқан бес бета-бұрандамен қоршалған, баррел тәрізді құрылымның "кіреберісін" көрсетеді, олар лиганд байланысқанда конформациялық өзгеріске ұшырап, қуысты жабады. Бета-лактоглобулиннің жалпы пішіні липокалиндер отбасысына тән. Альфа спиральдардың болмауынан негізгі диагональ дерлік жоғалып кетеді, ал бета-парақтарды көрсететін қиылыс диагональдары график үстінде басымдыққа ие болады. Графикте үш жоғары тығыздық аймағы бар, салыстырмалы түрде аз үшіншілік сутекті байланыстар кездеседі, олардың бірі 63-ке жақын қалдықтардағы бұрандаға, екіншісі 87-ге жақын бұрандаға, ал үшінші аймақ 26 және 35 нүктелерімен байланысты. 111 айналасындағы бесінші бұранда HB графигінде тек бір үшіншілік сутекті байланысты көрсетеді. Үш өлшемді құрылымда үшіншілік сутекті байланыстар пайда болады: (1) кіреберіске жақын, лиганд байланысқанда конформациялық өзгеріске тікелей қатысады; және (2) "баррелдің" түбінде. Бета-лактоглобулиннің ашық және жабық формаларының HB графиктері өте ұқсас, екі формада да бірегей мотивтерді тануға болады. Ашық және лиганд байланысқан форманың HB графиктеріндегі айырмашылықтар үшіншілік сутекті байланыстардың үлгісіндегі маңызды жеке өзгерістерді көрсетеді. Атап айтқанда, жабық формадағы Y20 E157 және S21 H161 арасындағы сутекті байланыстардың пайда болуы конформациялық өзгерісте маңызды болуы мүмкін. Бұл сутекті байланыстар қуыстың түбінде орналасқан, бұл липокалиннің кіреберісінің жабылуы лиганд қуыстың түбіне жеткенде және R123 Y99, R123 T18 және V41 Q120 сутекті байланыстарын бұзғанда басталады деген болжамды тудырады. Липокалиндердің аминқышқылдық тізбегінде өте төмен ұқсастық болғанымен, құрылымдық ұқсастығы жоғары екені белгілі. Тек 20 және 160 аймақтары ғана сақталған, олардың қызметі әлі белгісіз.