Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Предсказание функции белков на основе их теоретических моделей
Практическое применение
От общей функции к молекулярным деталям

Функцию белка может рассматривать на разных уровнях сложности - от участия в клеточных процессах до понимания механизма действия на молекулярном уровне. Лизосомальная дезоксирибонуклеаза II а (ДНКаза На) стала одной из первых обнаруженных эндонуклеаз (1947) и была хорошо описана с биохимической точки зрения уже в 1960х. Этот фермент необходим для развития организма, поскольку отвечает за удаление лишней ДНК и дополнительную апоптическую фрагментацию ДНК у высших эукариот - нокаут лизосомальной ДНКазы IIа у мышей оказался летальным. Несмотря на интенсивные исследования в течение последних 50 лет и бесспорную важность ДНКазы На, не удалось выявить схожесть этого фермента с каким-либо другим семейством белков, что затрудняет исследование Функции этого белка на молекулярном уровне. Ни один из методов распознавания фолда не позволил построить достоверное выравнивание мишени с шаблоном, но анализ их результатов показывает, что некоторые из этих мишеней них имеют сходство с укладкой фосфолипазы D в области активного центра, образуя так называемый мотив НхК (Cymerman et al. 2005). Известные члены надсемейства фосфолипаз D имеют двудоменную структуру с одним активным центром, состоящим из двух мотивов HxK-Xn-N-Xn-(E/Q/D), которые расположены на интерфейсе между доменами. Установить остальные остатки, образующие Активный центр, основываясь на выравнивании, было невозможно. Однако анализ расположения конкретных остатков в структуре модели позволил получить эту существенную информацию и определить аминокислотные остатки, которые потенциально могут участвовать в образовании активного центра (Рис. 12.7). Обнаружение того, что ДНКаза На является отдаленным родственником фосфолипазы D позже было подтверждено экспериментальным изучением (Schafer et al. 2007) и объяснило необычные свойства этой Нуклеазы, такие как устойчивость к ЭДТА. По аналогии с фосфолипазой D, чей механизм был известен, стало возможным сделать вывод, что реакция гидролиза фосфодиэфирной связи выполняется ДНКазой Нас участием ковалентно связанного промежуточного веещества реакции.

Class="center">Structure.files/image088.jpg" alt="Image" width="171" height="127" />

Рис. 12.7. (Цветную версию рисунка см. на вклейке.) Структурная модель ДНКазы На человека. Вычислительный анализ позволил установить принадлежность ДНКазы IIа к семейству фосфолипаз D. Фермент имеет мономерную структуру с псевдодимерной архитектурой. Два мотива НхК в N- и С-концевых доменах (показаны в ленточном представлении светлоголубым и серым соответственно) имеют каталитически важные аминокислотные остатки показаны в стержневом представлении (красным и зеленым), которые вместе образуют единый активный центр. Кроме идентификации потенциальных каталитических остатков модель объяснила близкое расположение остатков цистеина, образующих Дисульфидные связи (показаны оранжевыми и темно-синими шариками), и экспонированный характер N-гликозилированных остатков (показаны зелеными шариками). Петли, потенциально связывающие ДНК, показаны лиловым. Определение функционально важных остатков в теоретической модели фермента может значительно облегчить процесс его инженерии

Случай ДНКазы Па наглядно показывает, как биоинформатика помогает обойти некоторые экспериментальные ограничения (ДНКаза IIа не поддается кристализации, поскольку гликозилируется с трудом) и, таким образом, делает возможным дальнейшее изучение свойств белка.