ьИООРГА HPi ЧЕСКА Я ХИМ ИЯ, 199,Н, том 24. Л'- 4. с. 313-315
ш
ПИСЬМА РЕДАКТОРУ
УДК 577.322.(53 + 6):539.26
СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ЛЕКТИНА ГОРОХА С jD-МАННОПИРАНОЗОЙ ПРИ РАЗРЕШЕНИИ 2.1 А
© 1998 г. С. Н. Ружей ников#, И. Ю. Михайлова, И. Н. Цыганннк, В. Пэнгборн*, В. Дюэкс*, В. 3. Плетнев
Институт биоорганической химии им. ММ. Шемякина и ЮЛ. Овчинникова РАН, 117871, Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; * Медицинский исследовательский центр им. Хауптмлна-Вудвард, Буффа.ао, Нью-Йорк Поступило в редакцию 02.12.97 г. Принято к печати 22.12.97 г.
Методом молекулярного замещения установлена структура нового кристаллического комплекса (пространственная группа Р2{2{2и параметры ячейки: а 73.926, h 104.083, с 64.837 А) лектина гороха (.Pisum sativum, димер, М ~ 52 кДа) с О-маннопиранозой при разрешении 2.1 А. После завершения кристаллографического уточнения величина /?-фактора составляет 16.1%. Показано, что молекула маннозы фиксируется шестью водородными связями с остатками Asp81, Gly99, Asnl25, А1а217 и Glu218.
Ключевые слова: лектин гороха, кристаллический комплекс, рентгеноструктурный анализ.
Лектин гороха (Pisum sativum, димер, М ~ ~ 52 кДа) - Са2+, Мп2+-содержащий белок, проявляющий высокую мопосахаридную специфичность к мапнозе, глюкозе и производным этих Сахаров, например а-метил-£>-маннопиранозиду [1].
Для этого белка установлена трехмерная структура свободной формы [1], а также его комплексов с триманнозидом [2], иодпроизводным глюкозы [3] и D - г л ю ко пи р a i г о з о й [4].
Использовавшаяся в настоящей работе кристаллическая форма комплекса лектина с D-ман-нопиранозой была получена сокристаллизацией белка с моносахаридом по методике, изложенной в работе [5]; она относится к пространственной группе Р2,2,2, с параметрами элементарной ячейки а 73.926, b 104.083, с 64.837 Á, в независимой части ячейки находится одна димерная молекула.
Сбор дифракционных данных производился на автодифрактометре Rigaku R-AXIS It (Япония) с двумерным детектором при комнатной температуре до разрешения 2.1 Á.
Структуру комплекса определяли методом молекулярного замещения с использованием координат комплекса лектина гороха с О-глюкопира-нозой [41 при помощи программного комплекса X-PLOR [6].
М о л с к у л я р н о - гр а ф и че ску ю правку модели и кристаллографическое уточнение проводили на графической станции Silicon Graphics Iris Indigo
#Автор для переписки (тел.: 330-75-10, e-mail: snr@tek.siobc.ras.ru).
(США) с использованием программных комплексов X-PLOR [6] и CHAIN [7]. В процессе уточнения структуры было локализовано 258 молекул воды, образующих упорядоченную сольватную оболочку белковой глобулы. Кроме того, был учтен тот факт, что в свободном состоянии в растворе D-манноза находится в двух предпочти-
Таблица 1. Статистика уточнения
Полнота экспериментальных данных, % 98.5
Число независимых отражений:
общее 27369
использовано в уточнении (F0 > 2а (F0)) 24554
Число неводородных атомов (включая воду) 3878
/?-фактор (F0 > 2a (F0)), % 16.1
/?сгее-фактор (по 10% данных), % 18.8
Среднеквадратичные отклонения
параметров от идеальных значений:
связь, А 0.009
угол, град 1.922
торсионный угол,град 26.62
планарность, град 1.294
'Статистика ф, ^-распределения (исклю-
чая Gly, Pro) на карте Рамачандрана, %
в наиболее благоприятных областях 88.4
в дополнительно разрешенных областях 11.0
в запрещенных областях 0.6
Случайная позиционная ошибка 0.22
по методу Лузатти [8J, А
314
РУЖЕЙНИКОВ и др.
Огсреохимическая структура активного центра комплекса лектнпа с/)-манноэой.
тельных формах, соответствующих а- и [^конфигурациям аномерного центра пиранозного цикла (соответственно 67 и 33% общего содержания). На последних этапах процедуры была проведена оптимизация коэффициента заполнения для молекул моносахарида, находящихся в связанном состоянии. Окончательные результаты уточнения приведены в табл. 1.
Как и следовало ожидать, основные структурные черты исследуемого комплекса близки к таковым к структуре свободного пектина и ряда его углеводных комплексов [1-4]. Довольно редко встречающуюся в белковых структурах конфигурацию [3-изгиба типа V [9] принимает участок ТЬг27-Ьу530: (р2 = -74°, у2 = 124°, (р, = 86°, = -46". Формально это приводит к тому, что остаток Сг1и29, составляющий 0.6% общего числа остатков, попадает в запрещенную область па карте Рамачандрана (табл. 1).
Координационные сферы ионов Са2+ и Мп2+ практически не отличаются от соответствующих
участков в структуре комплекса лектина гороха с £>-глюкоинранозой |4}; среднеквадратичное отклонение в длинах связей между двумя комплексами составляет 0.10 А. что заведомо меньше случайной позиционной ошибки по методу Лузатти [8] (табл. 1).
Молекула О-маннозы в классической конфор-мации кресла располагается в небольшой полости на поверхности каждого мономера белка вблизи металлсвязывающего центра и удерживается шестью водородными связями с аминокислотными остатками Акр81, С1у99, А.чп125, А1а217 и СНп218 (рисунок, табл. 2). При этом различие в расположении а- и [3-форм сахара в активном центре незначительно; среднеквадратичное отклонение, рассчитанное по неводородным структурно-идентичным атомам, составляет 0.2 А, что не выходит за пределы случайной позиционной ошибки [8]. Средний коэффициент заполнения углеводом активных центров белка составляет 92%, что свидетельствует о правильности
БИООЩАНИЧЕСКЛЯ ХИМИЯ том 24 № 4 1998
СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ЛЕКТИНА ГОРОХА
315
Таблица 2. Усредненная система водородных связен в углеводсвязывающем центре лектина*
Аминокислотный остаток Атом О-маннозы Расстояние, А
Gly99(NH) 03 2.76
Asnl25(NS2H) 04 2.78
А1а217(NH) 05 3.15
Gly218(NH) Об 3.18
Asp81(05') (H)04 2.76
Asp81(052) (H)06 2.74
* В скобках указаны атомы и группы атомов, непосредственно участвующие в образовании водородных связей.
выбранной методики кристаллизации комплекса. Усредненное по мономерам лектина отношение коэффициентов заполнения для а- и (3-форм О-маннозы близко к их соотношению в растворе (2 : 1) и составляет 1.8. Данный факт указывает на то, что различие в энергиях связывании а- и р-форм существенно ниже, чем разность энергетических уровней конформаций маннозы.
Более высокую константу связывания />маннозы по сравнению сО-глкжозой (в 2.25 раза [10]) можно объяснить влиянием дальних электростатических взаимодействий молекулы моносахарида с белковой глобулой, а также различиями в соотношении а- и р-форм у глюкозы и маннозы.
Дальнейшие исследования других кристаллических комплексов лектина гороха с различными углеводами, в том числе с а-метил-£>-маннопира-
нозпдом. обладающим наибольшим сродством к этому белку [10], позволяет выяснить структурные основы его углеводной специфичности.
Представленное в данной публикации исследование было выполнено частично при поддержке грантов № 95-04-11640а РФФИ и 03.0002Н-322 ГНТПР "Новейшие методы биоинженерии".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Einspahr И., Parks E.H., Sugiina К., Suhramanian Е., Suddath F.L. //J. Biol. Chem, 1986. V. 261. P. 16518-16527.
2. Rini J.M.. Hardman K.D., Einspahr H., Suddath F.L., Carver J.P. // J. Biol. Chem. 1993. V. 286. P. 10126-10132.
3. Лобсанов Ю.Д., Плетнев В.З. // Биоорган химия. 1993. Т. 19. С. 122-125.
4. Плетнев В.З., Ружейников С.Н., Цыганник И.Н., Михайлова И.¡0., Дюже В., Гош Д., Пэнгборн В. // Биоорган, химия. 1997. Т. 23. С. 469-478.
5. Михайлова И.Ю., Цыганник И.Н., Фонарев 10Д., Куликов Ю.В., Плетнев В.З. // Биоорган, химия. 1995. Т. 21. С. 479-480.
6. В ranger А.T. X-PLOR (Version 3.1) Manual. Yale University. New Haven and London, 1992.
7. Jones TA. Hi. Appl. Crystallogr. 1978. V. 11. P. 268-272.
8. Luzatti P.V. // Acta Cryst. 1952. V. 5. P. 802-810.
9. Chou P.Y., Fasman G.D. Hi. Mol. Biol. 1977. V. 115. P. 135-175.
10. Shimura K., Kasai K. // J. Biochem. 1996. V. 120. P. 1146-1152.
The Structure of the Pea Lectin-Z>-mannopyranose Complex at a 2.1 A Resolution
S. N. Ruzheinikov*, I. Yu. Mikhailova*, I. N. Tsygannik*, W. Pangborn**,
W. Duax**, and V. Z. Plelnev*
*Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Biuorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, GSP-7 Moscow, 117871 Russia **Hauptnian-Woodward Medical Research Center, Buffalo, NY, 14203 USA
The structure of a new crystal complex (P2l2[2] spatial group, cell dimensions: a 73.926, b 104.083, and c 64.837 A) of pea lectin (Pisum sativum, dimer, molecular mass ca. 52j<Da) with Z)-mannopyranose was established by the molecular replacement approach at a resolution of 2.1 A. After crystallographic refinement, the value of the /¿-factor was 16.1%. The mannose molecule was shown to be fixed by six hydrogen bonds with Asp81, Gly99, Asnl25, Ala217, and Glu218.
Key words: pea lectin, crystal complex, X-ray analysis
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ том 2: №4 1998
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.