Диссертация (1145986), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Вероятность разрыва кластера повышается, и, как только N3A-мотив теряет связьс ФСК, он начинает сдвигаться в сторону от нее. В B-конформации взаимодействие между ФСКи N3A-мотивом отсутствует, а расстояние между названными выше Сα атомами увеличиваетсядо 15Å (рисунок 6.3 Б).Также смещение N3A-мотива приводит к ослаблению его взаимодействия с B/Cспиралью, о чем можно судить по разрушению контактов между остатком B/С-спирали Y229 иостатками N3A-мотива L135 и F136.
Однако на более поздних стадиях перехода между N3Aмотивом и B/C-спиралью образуются стабилизирующие B-конформацию гидрофобныевзаимодействия. Одно из них (взаимодействие между L135, F136 и L139 со стороны N3Aмотива и L233 со стороны B/C-спирали) лежит в основе события Е и является причинойпоявления излома между B- и С-спиралями.А.Б.А – H-конформация; Б – B-конформация. Лентами разных цветов показаны надвторичные структуры А-домена:желтой – ФСК, фиолетовой – β2β3-петля, розовой – N3A-мотив, пурпурной – фрагмент B/C-спирали.
Зеленымцветом выделены аминокислотные остатки ФСК L203 и I204, оранжевым цветом – аминокислотные остатки N3Aмотива L135 и F136. Набором цветов в соответствии с образующими его атомами окрашен остаток B/C-спиралиY229. Стрелкой указано направление смещения N3A-мотива. Изменение положения B/C-спирали, о котором можносудить по рисунку, не входит в событие В и будет рассмотрено в разделе 6.3.3Рисунок 6.3 – Событие В. Смещение N3A-мотива в сторону от ФСК106Изменения значений всех трех названных параметров (расстояния между Сα атомамиL135 и I204; энергии взаимодействия между L135, F136 и Y229; энергии взаимодействия междуL203, I204 с одной стороны и L135, F136 с другой стороны) в совокупности с RMSDB(N3A)характеризуют полноту реализации события В.6.3.3.
События, в основе которых лежит конформационное изменение B/C-спиралиНа протяжении перехода А-домена из Н- в В-конформацию самые масштабныеизменения претерпевает B/C-спираль. Не останавливаясь на конкретных взаимодействиях,происходящие с ней процессы можно описать как поворот единой B/C-спирали вокруг ее Nконца и образование излома, ведущего к появлению отдельных B- и С-спиралей.Поворот B/C-спирали на угол равный 45° вокруг ее N-конца в плоскости рисунка(рисунок 6.4) был выделен нами как событие Г и отмечен желтым цветом на схеме 6.1.Запускается он упаковыванием L203 в гидрофобный карман, происходящим в рамках событияБ.
Было замечено [30, 33], что в H-конформации боковая цепь L203 как бы упирается вароматическое кольцо остатка B/C-спирали Y229, препятствуя ее вращению (рисунок 6.4 А).После того как боковая цепь L203 оказывается в гидрофобном кармане, это препятствиеснимается, и спираль поворачивается на названный угол (рисунок 6.4 Б). Данные нашегомоделирования полностью подтверждают такие наблюдения, но в то же время позволяют внестикоррективы в формулировку причины поворота B/C-спирали. В соответствии с нашимирезультатами его движущей силой сначала является сохранение взаимодействия между Y229 иL203, а затем повышение энергии взаимодействия Y229 с β-субдоменом в целом.Действительно, в первый момент после упаковывания боковой цепи L203 в гидрофобныйкарман взаимодействие между Y229 и L203 находится под угрозой разрыва, но потом онобыстро восстанавливается благодаря частичному повороту B/C-спирали (20 – 30°), приближающему Y229 к β-субдомену. Дальнейший поворот B/C-спирали сопряжен с реализацией событияД, суть которого достижение максимально выгодного (с точки зрения энергии) положения Y229относительно аминокислотных остатков β-субдомена (L203, I204, E200, F172), а также сосмещением N3A-мотива, происходящим в рамках события В.
Последний процесс оказываетвлияние на поворот B/C-спирали по той причине, что N3A-мотив в H-конформации А-домена иB- и С-спирали в B-конформации занимают одну и ту же область пространства.ЕстественноймеройповоротаB/C-спирали,очевидно,являетсяуголмеждунаправлениями ее оси в Н-конформации и в рассматриваемой конформации. Однакорассчитывать этот угол на каждом шаге моделирования оказалось технически сложно. Вкачестведоступноймеры,характеризующейсостояниеB/C-спиралимывыбралиRMSDB(B/C-h). Существует всего два события, которые может определять этот параметр:107поворот B/C-спирали и ее излом.
Анализ всех промоделированных переходов показал, что впервом приближении поворот B/C-спирали завершается до того момента, как начинаетформироваться излом. Поэтому можно допустить, что изменение значений параметраRMSDB(B/C-h) в начале пути перехода свидетельствует о повороте B/C-спирали (событие Г), а вконце перехода, наряду с изменениями значений других параметров, описывает образованиеотдельных B- и С-спиралей (событие И).А.Б.А – H-конформация; Б – промежуточная структура на пути перехода А-домена из H- в В-конформацию: поворотB/C-спирали уже практически завершился, а излом, ведущий к образованию отдельных B- и С-спиралей еще неначал образовываться.
Лентами разных цветов показаны надвторичные структуры А-домена: желтой – ФСК,розовой – N3A-мотив, пурпурной – фрагмент B/C-спирали, фиолетовой – β2β3-петля. Отмечены остатки L203 иY229, обсуждаемые в текстеРисунок 6.4 – Событие Г. Поворот B/С-спиралиКак следует из схемы 6.1, события В и Г характеризуются варьирующей между путямиперехода длительностью и неравномерностью протекания. Тем не менее некотораязакономерность в их реализации все же присутствует. Событие Д как бы разделяет оба событияна два этапа. До события Д (первый этап) обязательно должен произойти поворот B/C-спиралина угол 20 – 30° и разрыв гидрофобного кластера, связывающего N3A-мотив и ФСК (беззначительного увеличения расстояния между Сα атомами аминокислотных остатков L135 иI204).
Этот этап в совокупности с событием Б создает условия для реализации события Д.Дальнейшее смещение N3A-мотива хотя и может произойти до события Д, однако в нашихрасчетах (в том числе не вошедших в работу) такое наблюдалось достаточно редко. Дальнейшийповорот B/C-спирали является следствием события Д, а кроме того зависит от смещения N3Aмотива, если он до наступления события Д не достиг положения, свойственного Bконформации.Главным участником события Д, выделенного на схеме 6.1 розовым цветом, являетсяостаток B/C-спирали Y229. С самого начала конформационного перехода его гидрофобноеокружение претерпевает ряд существенных изменений.
Во-первых, боковая цепь остатка L203погружается в гидрофобный карман (событие Б), что грозит разрывом ее взаимодействия с108остатком Y229. Но сохранение этого взаимодействия оказывается выгодней разрыва, поэтомупроисходит сближение Y229 с β-субдоменом, возможное благодаря повороту B/C-спирали(часть события Г). Во-вторых, N3A-мотив, начав смещаться, (часть события В) уменьшает вкладостатков L135 и F136 в гидрофобное окружение Y229: контакты между ними и Y229 начинаютразрываться по мере удаления N3A-мотива от ФСК (рисунок 6.3). Однако отодвигаясь, этиостатки перестают экранировать от Y229 остатки β-субдомена F172, E200, L203 и I204 (первыедва из них до смещения N3A-мотива экранированы полностью, а вторые два – частично,рисунок 6.5 А).
Находясь в непосредственной близости от названных остатков β-субдомена врезультате событий Б и Г и имея доступ к ним вследствие события В, Y229 приобретаетвозможность увеличить энергию своего взаимодействия с β-субдоменом. Эту возможность он иреализует в рамках события Д. Структурное изменение, отвечающее событию Д, показано нарисунке 6.5 и состоит в том, что ароматическое кольцо Y229 как бы ложится на боковую цепьL203, приближаясь при этом и к остаткам E200, I204 и F172 (рисунок 6.5 Б).
В результатереализации события Д энергия взаимодействия между Y229 и названными аминокислотнымиостатками β-субдомена увеличивается примерно в два раза.А.Б.А – Фрагмент А-домена перед совершением события Д; Б – Фрагмент А-домена после совершения события Д.Лентами разных цветов показаны надвторичные структуры А-домена: желтой – ФСК, розовой – N3A-мотив,пурпурной – фрагмент B/C-спирали, фиолетовой – β2β3-петля. Отмечены остатки L203, I204, L135, F136 и Y229,обсуждаемые в текстеРисунок 6.5 – Событие Д: достижение максимально выгодного (с точки зрения энергии)положения Y229 относительно аминокислотных остатков β-субдомена L203, I204, E200 и F172Изучая активацию белка EPAC, Хольгер Рехманн предположил и экспериментальнодоказал, что в основе конформационных переходов цАМФ-связывающих доменов лежитшарнирный механизм, представленный подвижным соединением B/C-спирали и β-субдомена[30, 33].
В Н-конформации поворот B/C-спирали заблокирован положением L203, боковая цепькоторого как бы упирается в ароматическое кольцо Y229. При связывании лиганда L203смещается, шарнир оказывается разблокированным, и B/C-спираль поворачивается нанеобходимый угол. В работах других авторов, ссылающихся на данные Рехманна, процессам109снятия и постановки блока на шарнир дали название гидрофобного «переключателя».Сравнивая наши результаты с результатами Рехманна, нельзя не заметить, чтогидрофобному «переключателю» в общих чертах соответствует последовательность событий Б,Г и Д, которая всегда наблюдается на пути перехода А-домена из H- в В-конформацию. Такимобразом, нам удалось подтвердить, что гидрофобный «переключатель» является обязательнымэлементом конформационного перехода, по крайней мере, А-домена ПКА Iα.
Используяпреимущества методов молекулярного моделирования, мы также внесли некоторые дополненияв модель Рехманна. Во-первых, мы объяснили причины смещения боковой цепи L203 в ответ насвязывание лиганда, во-вторых – связали поворот B/C-спирали с сохранением взаимодействияL203 иY229 и, наконец в-третьих – указали на необходимость смещения N3A-мотива дляфункционирования гидрофобного «переключателя» в полную меру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
