Неполярные ядра в структуре белка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

■ российская шдаш Н1ук

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ККЮТАЛЛОГРАШ! СИ. А.В.ШУБИИКОВА

на правах руг.стпстт

ИЛЬИН Валентин Алексеевич

утгг г «п тт>

КЗПОЛЯРКЬЕ ЯДРА В СТРУКТУРЕ ЕЕШ

Специальность 01.04.18 - Кристаллогра^м,

Фпзшш :грзе?ачлоз

Двторс®эрат длссвртацщ на созскезаэ уташа стзюнз кандидата (^шюн,»атбш?1шеттх нзук

Поста, 1992

Работе шдоавна в Ордена Трудового Красного Знамэнц йястаеутв крЕсталлографш ш. А.В.Шишкова РАН

Научные руководители: доктор химических наук, профессор

м.я.КарпейскЕй кандидат фаз.-мат. наук В.В.Борисов

Ссдщтшшв оппонента: Доктор СггзЕко-матеыатическпг наук,

В.Г.Туманян

Кандидат хкжгческщ. наук, У.й.Хургш

Будущая организация: Институт бзлка РАН

Згдзга диссертации состоится 19 февраля 1991 г. в 12:30 Еа заседании СгюцишЕзированного совета Д.002.58.01 при Илсттуго красталяогрьЗаи РАН по адресу: 117333 Носква, Ленинский проспект, 59*

О д^ссартацсай иозпо ознашться в бгблютвко ¡¿¡СТА^ууа ХфЫСТЕШОГр&фИИ РАН

Учмшй ззкрэтгрь Сшцшишзированного сойота Коддцдст Зезико-цатеиатических наук

В.Ы.Каневскпй

- 3 -

ОБЩАЯ ХЛРЖГЕРЙСТШД РАБОТЫ

Актуальность ткя. Б последнее десятилетие всо больсэ внимания при ••налкза структура öwkoehx молекул уделяется изучению гндрофобннх взаимодействий, существует обоснованная точка зрекпя, что данные вззкмодейстЕкя язляктся дашарутта&т! в процессах самоорганизации бкоиолэкул и стабшгьнссти белковой глобулы. В связи с этим все большую актуальность приобретает разработка поста методов исследовшга кеполпршх взаимодействий, а текко разЕжга математической базы (с помощью ЭВМ) анализа структур бкомолекул.

Цель работа. Разработка методологически новых средств анализа трехмерной структура белков с прикенэнксш ЗВ.Ч.

Научная еоглзпз работа, Разработан новый кзтод исследования неполярной структурп белкоз, базирующийся на-анализе нэполярних контактов коэдг ато^агга бокозж цепей «imaaKünoT. Приг.знзнпз STCro метода К КССЛвДОВЕЙНВ títíJSOS О Р9ЯЛ5ГШСЗ ПрСС^ПОТВйПНОЙ

организацией пожсепгдшой цзот лгоказывзет, что в tíajscctscS молекулз i.'o^ho вндоллть сколько отдельна Еэяоллрггг: я.тар и макроклостороз. На пргп-кро ттслздовг.яял семейства гряЗ-шх шкробних. рибонуклэаз показано, что нзголяртав ядра йвлгаигся наиболее консорзатпшо£ частъа белковой т.-обуды как по состазу остатков, так и по характеру ззйглодейсгппИ. Взш7®оэ расколсгжез яеполярпих ядер з бэлеожй глобуле такта шсоко консорзатавно а образует стабильную татраэдричесхуш структуру. Рззрсботан гсогяь-.око прогрет;* для копфсрмзцшного анализа белков с шякетэтг возноетостяш графического z шарового представления дкпж (ез Ш! PC AT).

ТШтлчгщасяся цагзгогаь. Прэдхокэкш-:? ттод позволяв."1 провожать анализ нянслярноГ- структура' белков, виделгл'Ъ' йглболае консервататша участки (нополярняэ ядра) и «огэт о'кть использован пря разработке бедкози-пнЕэворншс проектов. Еыдэлязгчге кэполяртэ ядро суиествега&н образом скегивавгся характере конфоргмцконнюс лггязнвнкй молекулы бедка и играют вознув роль при еиалкгэ механизмов фушщкоккровапия п СЕКоорганнзецви бэлха. Разработанные инструмзнталыше средства представляют интерес для широкого круга исследователей, изучающих структуру и свойства

йдологитасйх макромолекул.

Ляробйяая работы. Результаты работы докладывалась на 2-м Цэздународном сшюзнумэ "Структура и функция рибонуклэаз" (Барселона, Исп&кпя, 1990), на 7-м Международном сгшозиуш "Кстаболазм и эгоишлогия нуклеиновых кислот" (Братислава, Чехословакия, 1990), на Советско-Герланскои симпозиуме "Бэлково-нуклеановн® взшэдействш! (Ленинград, 1991), на конкурсе научных работ ИКАЯ ССОР (1991) (первая премия).

Пубяяиа&Е:. По материалам диссертация опубликовано 4 печатных работа.

ОЗиш робота. Дассертацкя состоат из вв&дэнкя, аосьш глав, ваводов к списка литературы. Она ызгшона на ... страницах,

'содержат ... рисунков н ... таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЮШИЕ РАБОТЫ

ЕгедевЕй. Обоскозена актуальность теш, содержится постановка зедачк, сфорлуяярована цель работы.

22ДЕ&5 I, состояв из двух глав, нашзан по литературным данная.

Глава I посвящена обзору йулзош&ся в ' литератур» данных с нэкобзлэетешс ша^щейстакях различных танов п их вкладу в сгабалкзаида кокфоркации бэлковшс кэлгясул. Нодчюрхазается важность роли кааюто тала вивзаэдзйствгй к обосновывается полохвняе о том.

ЧТО 1МЭШ10 ПЦфОфО&Ш ВЗаИМОДейСТГШ ВНОСЯТ ДОГьйБШУКСДИЙ вклад в ходе сворачивания болювоЯ глобула и являются озновшл: фактором ее

СТАБИЛЬНОСТИ.

В гаоэв 2 рассматривается раагпгшп штодя кссдедо'Башш аешялршх взгшодэйомгй а структуре Се&чспзх молекул. В время, среда шоп-обрагяя методов аяшша трехглернеЯ структуры белка, хотелось ба выделить основные, нкэщяв отношение л нополярянм взшшодействиям. Кетод оцонки площади досщ/пной ровяворяявж поверхности. [13 позволяет рассчитывать изуэнвнея в ¡хяоцзда поверхности при кокформацаоншх изменениях в молекуле, площадь поверхности скрываемую при образовании третичной структурь и т.п. Изменение площади доступной поверхности широко используете» для расчетов гидрофобной свободной энергии ¡2].

Мэтод кснпюаахных ксрт являэтся достатсшо сильным пагллдип-1 средством исследования белков, как некоторое доут.!эрноэ представлением трэхкэрной инЗРоргашш {33. О помщьо контактной карта моаао последовать различного рода контакта. Тате последовать коптактов кезду атом*;:,п. основной цшн дает ьизуальпсэ предстазяонке об элемента: вторичной структуры, ьвпрт»р: а-егкраля выглядя? кзч утатрэнзга области вдоль даггеонаяя карт«?..

Штоя &Юо.'.ент гиЗрофоСких ¿гксрсваююв £43. Используется критерий оценки гоюэддя достугноЗ игеэрнюсгз. Остаток оигосктол к теггу ш шоиу геперодомеиу, ведя его боковая попь втжвтвглх

недоступна растворктодя ( доступяая говорзшость < 5 л- ). ЛрутоЛ ггатод Ездедешгя кластеров, обравовшшык боксвсл! гдапякя отеага» недавно сил прэдлопея з работе (53. Кззсгэрн определяются пугап оцешав "проь.ск-л гасякаь." неуду зссюциирсзапЕгсз остатка.

л^стерл лзллюто; пекбоясо шкшго упаковгйакет грудагд^ кг^теп з СзлтслоЛ' коле кул.}. Бзлг.лл^'^-о ¿зтзетертл ссстоглг трох-четнрзх осгаткс;.! ^ ас:-::.*"."»«™?'»« бял,;о к клзорхгосгл .X'.•;:.;, Оддего, гл^'атйля^я злс.;ъ ллллотся прссгз :тогпг^;-.-.

¿'олллзя грулга •'лто.грл; и.иозсча ли с'глтл'с'гягесг'см лзл'лз: - ахзшгих рзсслоллпЛ ?'л.г\у ослсллсз. ? рлз:з;тл~1л тлззз [6-0-1,

з. шти'глз щрл в стг^штз ягш.

В IV.".*;*.) зл оезозэ глаззза ^¿сглчгах лйр";-оз ка :

сеггззгекззлоа' ¡10] п; озлите! рлздзлэгзл лто'-со .сго.гг.-,"^' л состав истоягею» (сл. г;о 3.1) ко з'гсо-гзлззд зллл'-лл :.Я'з::т:глгего злрл'л: лл гр^злк; 5) до 0.15 ■>:"?; £) от

У, 19 ло 0,59 0.1., П) 0.2"; . 0,-1 ¡п. л ;"> О.л аллдлрот.м. " ллзргсл; отгзог.и зл. углового! зге л;

- гслЛолло зеСзплллзло зте Втор;/а гру!и:1' |;ллгл:>ллз'Г (/«лъло.: ■лпегш С'. - слс:"!,. ? тл?лз ¡ззлореголг""? гру:лз? ^ оселлпо с

Баг; 3) - 1л)злз:?т5 зтз П„ 0 ;т ззлололгз лллзз'т г;- л злзоглз ^лзлортсл гр:л; ;а -- елрл"л;л-лп г.лс'з

I

к ■а и t и 81 I

а ш шш наш шин

1Ш1И

<

< •

II Sil >

II i Е-а к I

l!t II IUI 1 I ■ IS!! 13 »Hill i

:

«• ■ <

&1

Tf

8.3

ел

{.5

0.1

e.r

u

a

ЭЛ

Рас. 3.1. IIoMorpafßJs зарядов на аточох 20 основных емгюкесяотгых octbticob на осеозэ даннзх.Е10]

В дальнейшем под наподярнамл отоками подразриваются eiraai 1-й группы (зф2акизпнй заряд но более 0»(5 эл.).

Глсза 4. Мэтод анализа недажряых взаимодействий.

Вклад аэшляряах взаимодействий модно оцэшта, по количеству ткатоукнх контактов. Пря таком подходе шадазсруотся расстояния кэкду шшодяршоая грут&т второе» а шзино мзаду "об'одашншаи" углеводсродашш ьтои£«я Ш, CiL, Cttj и S всех еланоккслотнлх остатков .белковой копзкуяз. Предварительно дека опреде-гакля ряда терашов: "HsnojjiTnioe ядро", "отреоаяцее расстоянкв", и т.д.

¿,1 ОлреэсгоАче 'paccmxa'js для взаяшдойслвущяс неполяркнх груш.

Нэпэляряая грушга (сб'евдшешшй ею».:) х и неполезная группа d сокороЗ usiEi (jöj;i<a (Cfi, CiL, CH^ и S) считаэд-ся коятвктЕрукзто, c-cjui расстояние Ь мааду центрам in; погодородных атс;.-:ов кояк» не: ра^но D:

R < I! ~ (2 - 2""1/б ) (R? + r9 >, (4.1 )

где й°соотвбтствущий ван дер Взальсов радиус. Данное уравнение было использовано для •определения всздерваадьсовах радаусов об*единенных атомов ранее [11]. В соответствии с данным уравнением груша (ато?»н) считаются контактируюиг-ша, если сумма их радаусов моньсе Б. Выбор максимального отрезоэдего расстояния был .сделан в соответствии с данными Табл. 4.1, формула 4.1 к оценкой точности определения координат. В дальнейшем была испольсоваяа общая

£9.пичлна стрезсэдего paccToí:ir,;q, равная 4.5 а для определения более плотного "кесткого" контакта и, равная 5.2 А для более дальнего.

Таблица 4.1.

Параметра для "Об'здлненшх атомов" при взаимодействиях .Тенард -Джойса" [123.

. о

Объединенные атсот i E-rain, kcal/rnoll D , А

адифатичейкие CE...ОН i -0.13 I 4.75

CH2..CH2 ' - 0.14 I 4.45

CH3..CH3 I - 0.18 I 4.25

ароматический СН...СЯ I -0.12 I 4.20

S...S ! -0.22 I 4.15

-■' D - 2R - расстояние мозду цонрамч контактпрутаях атомов

'•4.2. ЕыЗеленые гидрофобных ядер. , Поиск гидрофобного ядра осуззствтеэтся путам выделения и анализа всех пар ::спт9!<-*?го7щих гнезду coüvs рополкркых екшэстслэтнке: остатков белксзоЗ пэд*; чул; н? основе слздугтхтл; спрздэлз;^.

1. Пеполярное со*ейъ<аЭо ocaxmso Ряд ость»лов г^'брвккнх на

основе условия, что кггдчЛ гз msx тачт го гож'лой шрэ дзэ

о

неполярных контакта с данным остатке?.! при расстоянии до 5.2 А. Выбор, в качестве ккникальяого числа, двух контактов укзньиает вляянкэ ошгбск з косрданатах атомов.

2. Вьбмавэяа. Список всех кетюлярши семеГха остатков в соответствии с вчтзкислэакса послэдэвательЕостьа бэлкв.

3. Вепохгртя область оэлковс-S глобула. Часть белковой глобулы сссто5'ца.-< из сзтатков входяз~;х в бгбл'отэху заполярных: семейств.

4. Вепощний иласт£р. Часть кеполяркэй облома, в которой

каидв'й остатоо :зюет по крайней мере ;шух нополярных соседей при о

расстоянии 5.2 А..

5. иепо.щ;'лсо ггЭро ' (7-ядро). Наиболее кслтгакткая часть

неполявной области, вадзляеиая при Солее кзстком отрззаязеч о

расстоянии равно.'.! 4.5 Л, в состав которой входи? по крзЗиоа ?гэрз три остатка взс:згно контактярукт^з гззду -0060."! - • "взакгодействугазй! треугольник".

Используя эти определения был рззработаз алгоритм выделения наполярнше ядер. Очевидно, что каидай кзшляршй кластер может представлять отдельное ядро. Наряду с отнм, шполяркое ядро мокет состоять из нескольких, выдзленщх таким способом мастеров при Еелхмгш бодьшго числа контактов между ваш. На основе библиотеки сотазляэтся граф-схема коатайтирувдих остатков. Чтобы охарактеризовать плотность контактов з каедсм кз получаемых нзполярнше ядер, а такгга дал сравнения разданных ядер между собой используется вэжчкаа ерэдей плотности контактов d:

fci

а ~ -, I = U2,..,n;

п

гдз - нормализованная ведогсга, характеризущая плотность кеюлярных контактов лепного остатка со всеми остальная остатками, ваддедаим в денноэ ядро:

V к if hi-J

с --А------, J t i, J 1,2,...n;

1 .та (г.tie (r

где KORK (TYPE (Ri)) - максимальней ьеличина числа контатоо с

оокозой цепью данного остатка пр.з отрезащец ргсстояшш равном 4.5

0

1 (см. 155); п - оощэз число остатков к нзюяяраом ядра; -число шполярннх 'контактов юзкду дазш здзродвгод ост;аш 1

Прдашвшкй катод адетофкада нйгелярнпх ядер молекула бзега дазт тг;-;а;о возьййяость мйяееть шшоляраые "пэрегазчкк", или оуросткп, состсяапэ но одого-двух остатков - так называемо огт&ткв, ассоцнароЕзннне с шпокрш ядром.

В 5 ставилась цель вздела« и охарактеризовать

заполярный ядра а бедках с раелгглш.'/д rsrnus пространственной организации элемзнхоь вторичной структуры.

5.1. Для анализа были выбраны: ркбонуклзаза из Aspergillus oryzae (R«ase Т1), ыкоглобин кашалота, про альбумин и лизоцим человека. Атомные координаты взяты из Erooiüiaven PDB.

Ряс. 5.1. Схемэ неполяршх контактов в молекуле лизоцима. Контакты кекду остатке^! прл ограшгпгвахсюм расстоянии до 4.5 А обозначены толстой лкштой, от 4.5 до 5.2 А - тонкой.

Fjic. 5.2. Схема неполяршх контактов в молекуле преальбушна. Контакты мевду остаткаш при ограннчиваюце?.'; расстояниям до 4.5 А обозначены толстой лянизй, от 4.5 до 5.2 А - тонкой.

5.2 Непо.щт.9 о0.юст в трзхлерной сяруияуре белке в. По принятым критериям и определениям да каждого белка была рассчитана библиотека неполярных семейств остатков и составлена схема пеполяршх контактов при ограничиващвм расстоянии равном 5.2А. На рисунках 5.1 и 5.2 в качестве щетлерз представлена схемы контактов для лизецима и' прэальОумвпа. Видно, что в каздой молекуле фермента имеется несколько прострянстнонно разграничении* неполярннх кластеров. Разделаете нвполярлой области на индивидуальные кластера проведено на основе визуального анализа. Далее из неполярннх кластеров вндэлевл наиболее плотно упакованные части молекула - нвпшмршга ядра. Аналогичная анализ проведен для дзух других белков Жаае ЗМ и тэглобкна. В Табл. 5.1 представлен состав неполярннх ядер преальбуккна.

Таблица 5.1. Состав неполярннх ядер в молекуле проальбумапа.

N ост. К С,а Асс. ост. К ост. К 0,5 Асс. ост.

1 РЗЗ 10 22.7 Н31 3 Р11 7 18.4

17 45.9 L12 12 33.3

V741 21 42.0 V0"! V32 11 33.3

168 9 24.3 R34 11 25.0

кто 9 24.3 Е92 F44 а г 61.4

etz 2 5.4 К90 А45 б 25.0

--- ------- ---- 155 5 13.9

2 VI6 8 24.2 LÖ3 11 30.6

V20 6 18.2 Т59 11 30.6

А25 8 33.3 PG4 29 65.9

V28 7 21.2 Y69 35 74.5

Т49 4 11.1 V71 б 18.2

173 3 8.1 V93 5 15.2

т75 5 13.9 Р95 13 2,9.5

Y78 19 40.4 А97 9 37.5

sjt9 30 60.0 Р86 У1G5 10 21.3-

184 5 13.5 182 1107 б 16.2

Ь111 10 27.8

Р113 13 34.2

V30

173 2110

VI22

mc4: F87, Н63, ¿31, Y1H, У116.

пс5: СЮ, М13, К15, Е54, Н56, II Об. шеб: А19, 1110.

тс7: 126, Е51. кс8: А29, К48.

тс9: К76, К80. тсЮ: ТбО, Q63.

Примечания: II - номер пеполярного ядра; ост. - остатки входящие в состзв неполярных ядер; К - число контактов мэкду денным остатком и остальные остатками, входящим! в состав данного ядра; " G - нормализованный процент контакта для данного остатка (см. текст); лее.ост. - остатки ассоциированные с неполяркпи ядром; тс - состав остатков ьякрскластера.

Следует заметить, что преедьбукин, текке как а остальные рассматриваомаэ бол:ш, относятся к однодоменнкм молекулам и, тем аэ монее, содергит несколько отделыш: нояслярных областей.'

5.3 Исследование характеристик неполярнах ядер вместе со зкачэнияш анергий контактов (см. Табл.4.1.) позволяют оцонкть среда® величину энергии связи остатка с ядром (2.5-3.5 ккал/моль), что эквивалентно энергии водородной связи. Оцэшшея подвахность атомов в т-ядрах по тешэратурному фактору» следует отметить'; что ядра представляют собой довольно кэсткпэ образования. Например в Шазе Т1 темаературный фактор для атомов, входящих в состав трех mpsux 7 -ядер (<В> = 8 - 11), тоет такое аэ значеизо как и з а-спиреди (<Б> = 9.8) или в р-слов (<Е> = 9.2) к ежке, чоп б остальной часта молекула (<Б> = 13.8). Наряду с ядрами, з велсшярьк областях кояко цдентифщиро-вать шкрокластэрц Cmj ) - цепочки или ассоциации взаимно связанных остатков, кандзЗ; из которых гсоет в среднем н& солеэ двух неподярнух соседей. Средняя величина энергии связи отдельного остатка в ишрокластерах равна пртаерно 1 - 1.5 ккал/моль, в температурный фактор па 5-203 вше чем в р-ядрах. При рассцотрэкая гидрофобных ядер молекул лизоцима и преальбу-манэ (рис.5.1. и 5.2.) шкно выделить центральные остатки, вокруг KQxopîix к формируется каадсе ядро. Как вццно, все цж^рвльше остатки представляв? собой "классические" гидрофобнае аышэкислотн. В состав кг ядра могут входить остатки любого тюти (кроне, естественно, Gly) кап гидрофобные, так и остатки, твщхо кол2фше бокошэ цепи.

Слздует отметить ьлигяие S-S костяков на состав ( и кокпактиосл ядра. Так, в молекуле лизоцима (ркс. 5.1.) ядра, в состав которых входят Б-S мостики состоят из меньшего числа остатов, менее насыщены неполярнымк контактам! мэзду остатками и имеют, в среднем, меньшее количество соседей на остаток (более "рыхлые").

Из рисунков 5.1 и 5.2 также хорошо видно, что гидрофобные ядра контактируют мезвду собой. В молекуле лизоцима несколько неполярных ядер образуют кольцо, которое охватывает вторую

а~мшраль в гюлзкулэ.

Взаимное располсггэнне 7-ядер и элементов вторично^ структур« в ркбонуклеазн Т1 показано на рис. 5.3. В состав каздого. ядра входят йсковне нош остатков, основная цепь которых участвует в построении различных регулярных-участков. Из рис. 5.3 видно, что ядра уЗ и 74 стабилизируют евягнпшше а-сппраля и р-слоя л в совокупности с ядоагл 71 и 72 формируют скрученную (в взде седла) •форму р-слоя.

Рис. 5.3. Неполярнне ядра в рибонуклеазе Т1. Навдай атом, входящий в гидрофобное ядро представлен в виде ван дер Взальсовой сферы (см. Табл.4.1).

- н -

Гйазг 6. Консервативность остатков, входящих б неголярныэ ядра грибных микробных рибонуклзаз.

При исследовании грибных микробных оказалось возможным проследить, как изменяются состав, структура и свойства неполярных ядор в зависимости от наблюдаемых в этих белках природных замен ажнокЕслотных остатков, их делецай и вставок.

6Л Неполярные ядра в ркбонуклеазе Fd1 .

На рисунке- 6.1 представлена схема неполярных контактов, ркбонуклеазы Pbl (близкий гомолог,РНЕазн Т1). Координаты атомов любезно предоставлена А.Г. Павловским (ККАН СССР). Анализ данной схемы, по штоду описанному выше, позволяет выделить следуксще неполярные ядра и мшфокластера (» - означает остатки ассоциированные с тем или иным ядром): 71: Y40, Кб, 148, Y54, 177, А85, 183, FS8;

N42», Е44», Р49», E56«, В75», Н90», А100»... 72: 126, V33, Y36, Р37, F57, Р58, Y66, Р71; а22*. ЬбО. 73: Сб, V9, Y11, 116, А19, 159, V76, V87, С103; A4», К61*. 184*. ßc4: 020, Y24, Y27, Е39, Т53, Y55, Е78. Ес5: С2, СЮ. шсб: V50, Е83. КС7: Y43, К41

6.2. Для ряда белков этого семейства (РЫ, Т1, 02, ТЫ ), структура которых решена с высоким разрешением, был проведен сравнительный анализ неполярных ядор и шкрокластеров. Координаты атоыов ЛЕбезно предоставлены K.M. Поляковым (ЖАН СССР). На рис. 6.1 отмечены природные замены, присутствующие в остальных трех рибонуклеазах в сравнении с РНКазой РЫ. Хорошо видно, что все неполярные ядра в различных белках имеют сходный состав, свойства и пространственное расположение. Причем сходство очень велико, некоторые изменения касаются лтъ остатков, лакацнх на поверхности ядер. Вариабельные т остатки, делецки и вставки отдельных остатков к небольших фрагментов присутствует в петлях и поворотах не входящих в нэполярные ядра. Заштныэ различия в характера неполярных взаимодействий наблюдаются в районе микрокластера 4. Следует заметить, что наличие цистеиновой пары в составе кзполярного ядра или кзжрокл&ствра оказывает рззрыхлящэо воздействие на компактность ядра и характер взаимодействия остатков.

Рлс.6.1 Граф-схекэ неполяршх областей в РНКаге РЪ1. Толстая линиями обозначены контакт при отрезающем расстоянии 4.5 А, токгзш при 5.2А. Каталитические остатки обведены квадратикам. Остатки заменяете на ¡эквивалентные закрашены до половины, заменяв?,аз на неэквивалентные закраленн подлость».

6.3 Наряду с анализом структурных данных был также проведен сравнительный анализ аминокислотных последовательностей некоторых микробных рибонуклеаз (Табл.6.2).

Таблица 6.2. Выравнивание первичных последовательностей

рибонуклеаз по неголярвым ядрам.

Нумерация 10 20 30 40 50

по Т1 ! ! I I !

РМ(ЯДра) .5АС.3..353...Л3..34.Ь.4.24.....2-..-22л.17а?а.1.-la—î

m + # #œ# # #га + ш #m - ш+пи- # i

J! ! * f * ! ! 1 ! *!!* *

I IÏM AGDY!ïGGSlICYSSSBVSTAQ/tAGY№SDGETVGSNSYîHKYiOiYSGïB-FS—

IC2 DODYîGGSHCYSASAVSDAQSàGYQLESAGQSYGRSRYPHQÏKMYEGÏK-I'P—'

I Api D0DTraCGSH0Y5ASAVSDAQSAGYQI,ySAGQSYGRSRYPHQWÎEGÏK-PP— IРЪ1 AGMTCGTVCYTSSÂISSAQAAGmYSTMlDV-Sii-YPHExWfEGPD-ÏP--I Pcîll AGAATOGSVGYTSSAISAAQEAGmYSANDDV-Sît-YPHEÏBIiYEGFD-PP— I Ms ESCEYTGGSTGYWSSDVS-AKAKGYSLYESGDTI-DD-YPHEYHDYlGî'D-ÏP—

II f Till XffA-TCGKVFYSASAVSA/^HMOITYTMGSTAGGSAYPHVrarfEGFR-PKG-

I PI îSATTflGSTiraSASQVMAAlvMGQm'raiSAGSTTYPliTYffiriEGFû-FP--

I PU EASTCGSrPYSASQVRAAAKAACQYYQSDDTAGSTTYPHTYOTfYEGPD-FA--

IP12 ESAraCSSKPYSAQQVRmmCQYYQSraffiAGS!PrYPHÎYHNïE3iD-PA--

U1 EGGVSVKCGGTYYSSTQVNRAINNAKSGQ---ySSTGYPHTYÎSÎYEGPD-ï'SDj

U2 ODIPQSîTOCGGmsmîBINTAIQGAIDDYMG-DRlIPD-yPHQYYD-KiSDaiTIC

60 70 80 90 100

I I I I I

PB1 (ядра). .414a223cc...'2..----. .2.. .a314Л...6-c1.31 .a. .л..1 "aï.

# ---- # m-+# « + - *

* !*!* ! 1 !t 1 !!*** * *!¡«11 1

I IT1 SSPYYBÏPIISSGDVYSG----GS?GAI)HVYFîiEilîiQ-IAGyiïHTGASG-î®F7E

IC2 SGWYYEWPIISSGSTYNG----GSPGADRWPrai-IDE-LAGblTHTGASG-BGFVA

I Ap1 SGHYOTPIISSGSTYNG----GSPGABRTOKîlKDE-LAGbIT'HTGASG-ïiGFVA

I Pb1 SGTYYEFPILKSGKVYÏG----SSPGAl!R7IPi4TDDD£-LAGVIT'HTGASG~i№,?A

I Pch1 SGTYYEFPILRSGAVYSG----MSPGADRVVPIiGNDQ-UGVITHTGASG-KJiPVA

IHa GTSYYEYPIKSDYDVYTG----G3PGADRVI?DGDDE-LAGVITHTGAAGGDD?VA

II I Till SKPPYEFPILSSGKTYTG----GSPGADRWIIIGQ.OS-IAGIITHTGASG-NATVA

IP ! DGPYQEFPIKSG-GVYTG----GSPGADRWDJTKCE-YAGAITHTGASG-IOTVG

I ?11 NGFYQEFPIRTG-GYYSG----GSPGAMVIIHTSCQ-YAGAlTHTGASG-KlffVC

IF12 HGPYQEYPIRIS-GVYSG----GSPGADRVIffiîQCQ-PAGAITfiïGASG-HQPVC

U1 DGPYKEYPLKTSSSGYTG----GSPGADRWYDSnDGTICGAITKTGASG-KîîPVC

U2 SGPV;SSPLYYirGPY\^SœiYVSPGPERVIYŒivi1GEîGA'rVTHTGAASYBGPTC

'Лрамэчания к Табл. 6.2:

1 ) Цифрами я буквами в первой строке отмечены остатки, относящиеся к тому иди иному ядру или шжроклзстеру РНКазн РЫ: 1-3 остатки относязцгася к неголяршм ядрами 4-7 - к ианвокластерем; а,Ь,с - остатки ассоциированные с ядрами 1,2,3 соответственно; л ~ остатки вовлеченные в неполярные взаимодействия, но не вошедшие в ядра или (яссрокластерн.

2) Обозначения во второй строке:

# - остатки относящиеся к тому или иному ядру, +• - ассоцяисованшв остатки, m - остатки* з составе мгткроклзстеров,

3) в третьей строке обозначена-консеввативность остатков на основе проведенного выравнивания последовательностей: ! шватаанткыз по типу остатка, « - кансезватквкые: G = А, V - I = L, L"= F = У - Vi, H = D = Q, 1 = il

В верхней строке (Табл. 6.2) обозначений показано отнесение того глп иного остатка к ядру пли шхро-кластеру, во второй строке - стопень консервативности остатков но результатом сравнения первичшх структур молекул, изовряяеша. еж®. Быравкпввпзз поглчговатвльпостей проведено па освоив рзбст 113, Ш, п некоторыми изкэпенкяетг, которые внзсоаы с уютсч структура л состава негод.тprsjx ядер п И2врок.иял-орсг.

Eco ресс\гатртовз1ие колзкулы были разделен! на три группа, з соответствен с картапой S-S мостиков, и бнл проведен анализ гех отдельно для 1-й и îl-ft групп, так и для всех последовательностей «joejkctod. ДатсакС епалпз позволил выявить соответствие дазду остоткййз, взодапши в неполигршю ядра, к остаткам, ¡хтсервягптзя по всоа последовательностям. Показано, что цраккгюоки все остатки (более 93$), составляющие нзполярше ядра, являются консерватввннш,' из них большая часть просто инвариантны. Пст'эчателыто, что консервативность по наполкрнш ядрам суэдсткаяно biso консервативности по полным последовательностям, йгчво коясзрзг,т::втаз остатки и составляют костяк каждого вблогирного ядра. Однако в рзссматркввемпх последовательностях, белков наблюдается значительное количество консервативных остатков, которуе не входят ни з одао из ядер или микрокластеров. Зледует заметить, что основные отличия в составе кеполяршх ядер •«ззду группами относятся тленно к наличию или отсутствии щтаеяновой пары в составе ядра м микрокластера.

В Глсеэ 7.представлено исследование нзполяркых ядер в белках, представляющих различные подгруппы микробных ркбонуклеаз: РНКазч РЫ £153, Sa 116] и биназа £17]. Сравнивая положение к внутренняя структуру неполярнкх ядер в различных подгруппах, южно сказать, что наиболее консорватившм по положению в белковой глобуле, внутреннему составу аминокислотных остатков и характеру внутриядерных кеподярных контактов является ядро 71 (ряс. 6.1). На основе сравнения рибонуклеазы РЫ и биназы показано, что нополярноо ядро (74 в бнназе) шкет заменять, по крайней ыэре частично, недостающей участок а-спирала.

В Глсвз 8 представлен интегрированный пакет программ "АБС" для анализа трехмерной: структуры белков на основе современных методов исследования с помощь» инструментальной компьютерной графики, позволявшей проведать визуальный анализ структур» (фрагмента) в удобном для пользователя ракурсе, а такие сравнение различных молекул (фрагментов). Реализованы метод "контактных карт" для анализа нековалектшх взаимодействий между остатками, близко расположенными в пространстве, и, описанный выше, метод ввдэлэния гидрофобных ядер внутри молекулы яа основе меаатомнцх контактов углеводородных атомов. Пакет разработан специально для персонального компьютера типа IBM PC AT и обладает многими дополнительными сервисныш возможностями.

С точки зрении пользователя пакет "АБС - это кнегркрованаая оболочка объединяющая в сеЗэ ряд модулей (окон), кавдйг из которнх ■ предназначен для решения конкретной задачи. Ребота с песетам ведется в диалоговом реяаме, где пользователь обращается к меню к подменю для обработки п представления д&ншх в виде таблиц, графиков, карт, рисунков, которые выдаются на экран в вкдо рабочих и иллюстратЕЕШХ окон, сменяемых и шанввэкык пользователем. Получаемую 2Ефор>:адго, естественно, мозяо записать в файл с целы, дальнейшей его самостоятельной обработки.

OCHOBEJiS РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ■

1. Разработан новый метод исследования нзполярной структуры белков, базирующийся на анализе неполярных контактов мезяу "о0ьединэнгак11" атомами боковых цяпей аминокислот.

2. Провалено деталькоз исследование кеполярпой структура бгзлков с разлхчной пространственной организацией полипептндпоЗ Цепи.

3. Проведен детальный анализ состава и свойств неполяржп: ядер грибных .микробных рнбонукдэаз. Показано, что неполярные ядра являются наиболее консервативной частью белковой глобулы кек по составу остатков, гак и по характеру их взаимодействий.

■4. Проведен детальный анализ состава и сеойств неполярных ядер в различных подгруппах шжрсбннх рибонуклеаз; показано, что, 2«з гзгисп^ста от состава, пологэвле пополяршгс ядер в Садковой г.го'Ш-3 П1СОКО консзрзаглнно л образует сявСпльауз тетрвягтрлзску» «л-рухтуру.

Еа ссноье црог.одт:ого анализа этих. Совхоз i:ci~na лрэдаолотать, что еггмялькость белковых кэлэяул, тась как а ггроцзсш ссузоргапаззцк! хгозяпсптаасой цопп в зяапктельгот гэрэ опрадоляагся фодофгатю пожшфнкх ядер.

Оледузт закатить, что шяшданноэ соотеотсвио пэдду остатке:;:! вгодадак в состав ядер п остатката консервативны?.® в сязЛетю 1йл:сз ксшт нвйи црт«явквэ пря прсбктяроашпга работ по dsjsraso'i ''o-so полагать, что закона одного идя пзсгголышх сстатиоз, входстах в пеполкр?шэ ядра л образушах гначггольнзр со?ь rsnosipmx кс-тактов, з&уэтео скатится на каталптпчесют а ~:зга;о-1гст1чэекйз свойствах £эрхоота и козе? лршостя к суязствешшм коиЭормЕКтоазщл изкенегита структура гаяеку.~:.

5) Разработан комплекс программ для кснформацяокного аналкзя белков с nnpcirairi ворлюжностяки для графггеского и ц:<?ззового продстгалошя датах, праммшвльно к персонально:.!? компьютеру тина IEM РС„

- 20 -

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Earpeislcy Ы.Уа., Ilyln Y.A., Sevclk J., - ííoacovalent Interactions In ritranucleases Sa, Pbl and Б1, Metabolism and Ensiisology of Kusleic Acids Including Gene Manipulations (Zel'lnto, «J. & Balan, J. eds.. Bratislava), 1991, v.7, p. 265-275.

2. KapneficicEß Ы.Я., Ильеы В.A. - Общий подход к исследованию кеполяргых областей в белковых молекулах. - ДАЕ GCGPf 199í, т.320» с.45*.

3. KarpaisKy II.Ya., Ilyin V.A., - Analysis nonpolar regions in proteins, - J.ilol.Bicl., 19S2, (ln ргеиз).

я. Кяьеп в.а., Керпейскяе !л.Я. - Консервативность остатков в Еополяршп: ядрах тасробшх рибонуклеаз, - Биофизика, 1992, (в печати).

1. Isa В., Richards Р.П., - J.L'ol.Blol., 1971, 55, 37?.

2. Chothla С. - Ann.Rev.Bloches. 1934,vol.53,и.537-572.

3. KeastUy.G..Scherasa.K.A.Proc.N£tl.Acad.Scl.üSA,f979,»76,605ü.

4. Floctocfca D., Síelerüciewlcz p., Rabcssnicö A. Pro tola

Enj.,1933,vol.2,P. 115-119.

5. Herir)ча, J., and Arpos, P. - J.IJol.Biol. ,1991, 220, 15?.

6. Dill La. - Biochemistry,1990,701.29,p.7133-7157.

7. Sali A., Elimdell T.L. - J.L'cl.Bloi. ,l930,vol.212,p.4Q3-4r;3.

8. SiBgli J., Thornton J.H. - J.Iíol.Blol. J930.vol.211,p.5S5-615.

9. Arcos P., - Protein 2пл.» -1S33, 2„ 101.

10. Keiner S.J./et al.- J.Ani.Cliea.Soe., 1934, 7.105, РД66*

11. Ciiou.II.C., toasthy.G. £¡ Scherega.H.A., - J.Phys.Chcs,»

19ЮС 87 ä 2805-2831.

12. Cfcou E.O., IISEOthy G., Бспегзза H.A., - Acc.oi Chsn. Lao.,

1990, 23» 134 - 141.

13. Shlyapnil;o7 S.V., B™¿ntlev A.A., ВззЪогойэте S.I. // Proceeding oí the Pirat International ifeatlDs; o.i Stiv.ctu¿» and chcnlGCry of Ribonucleics, Loscov. 1963, K2S2.

14. Shlyi"^iiI:o7 S.V.Eer,borolo7a S.I., таюишютс B.K., Dtiamlev L.A* '// Proceedings oí the I'Sx-з*. Bitc-rmtlonsl i'sctin" on

. Structure егй charletx^ oí МЬоаусЬасоз, i:mco»t 15S3, Р.2Ы.,

15. X'bVloTtUy A.G., Varin A.A., YaiüJitln E.E.. Chepurhova LUI, . ПиТЛОД? L'.Ye.// ГШ Lütt.,1Sö3. V.1É2, P. 167."

16. Sovel!:» J., ßodboa, ЕЛ.» Dodsou, G.G.. £s ZgIIbKü, J. (1963) in Kelalollm kkJ Eactaolo^v oí í.ueleic /м1йз Including; Geno L'^nipiüLtlcns (2oliiú>3,J.£s balan.J. eüs.) p.9, Pler/xn.Press.

17. PavlovsKy, A.G., Va^in, A.A.. Vain&tein, b.K., Chspur-nova, K. II. fc KarpeysKy, Si.Ya. (1983) ft£S le«. 162, 167.