БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Том 19 * № 1 * 1993
ПИСЬМА РЕДАКТОРУ
УДК 577.322(53+6) :539.26
*
© 1993 Ю. Д. Лобсанов, В. 3. Плетнев
СТРУКТУРА УГЛЕВОДСОДЕРЖАЩЕГО КОМПЛЕКСА ЛЕКТИНА ГОРОХА ПРИ РАЗРЕШЕНИИ 1,8 А
Институт молекулярной генетики РАН, Москва; * Институт биоорганической химии им. М. М, Шемякина PÄH, Москва
Глюкозо- и маннозоспецифичньш белок, лектин из гороха — димер с молекулярной массой ~ 52 кДа, состоящий из идентичных мономеров. Каждый мономер состоит из двух цепей а и ß (6 и 20 КДа соответственно) и содержит по одному иону Са2+ и Mnz+ и один углеводсвязывающий центр.
Ранее атомная модель лектина гороха в комплексе с иодзамещенным производным глюкозы — бензил-2-ацетамидо-2,3-дидезокси-3-иод-а-1)-глюкопиранс-
о
зидом — была установлена рентгеновскими методами при разрешении 2,4 А [1, 2]. В настоящем сообщении представлены результаты кристаллографического уточнения структуры комплекса с подключением экспериментальных данных
более высокого разрешения — 1,8 А.
Кристаллографическому уточнению структуры углеводсодержащего комплекса в данной работе предшествовало уточнение структуры нативного белка при
разрешении 2,4 А. Стартовая модель лектина была получена на оптическом компораторе Ричардса с использованием некристаллографической симметрии и последующей коррекцией методами компьютерной графики на основе программных комплексов «1SOCUB» [3] и FRODO [4]. Уточнение структуры производилось на ЭВМ ESV-50 и micro-VAX с помощью комплекса программ TNT [5 ] в несколько этапов с попеременной правкой координат на графической станции. На одном из промежуточных этапов после уточнения температурного фактора CR = 24%) было локализовано 277 молекул воды. Последующие 20 циклов уточнения координат и 5 циклов уточнения температурного фактора с двумя промежуточными коррекциями модели методами молекулярной графики привели к величине Я-фактора 18%.
Далее уточнение было продолжено на базе экспериментальных данных, полученных для углеводсодержащего комплекса лектина. При разрешении
2,4 А был построен разностный синтез с коэффициентами (IF I — 1 FHa. I) и фазами для нативного белка. С помощью графических методов молекула сахара была вписана в отчетливо видную на синтезе электронную плотность с мощным пиком, соответствующим атому иода. При этом перераспределение плотности в районе связывающего центра свидетельствовало о том, что посадка сахара привела к вытеснению трех молекул воды, которые и были исключены из модели комплекса. Последующие 20 циклов уточнения с двумя правками на графической станции
о
и 5 циклов уточнения температурного фактора при разрешении 2,4 А привели к величине Ä-фактора 16%. После поэтапного подключения дифракционных
Таблица 1
Статистические характеристики геометрических параметров уточненной модели комплекса
лектина с углеводом
Параметр Число параметров Ср.-кв. отклонение
Длина связи 3668 0,023 А
Валентный угол 4999 3,8 А
Торсионные углы 2087 15°
Пленарные группы 528 0,02 А2
Невалентные контакты 26 0,02 А
Таблица 2
Система специфических Н-связей сахара в углеводсвязывающем центре лектина
Донор Акцептор Расстояние, А
0-4(01с) О^ЧАярви 2,51
0-4(С1с) О1" (Ляп 125) 3,54
МН(С1у99) о-з <ас> 3,41
М^ШАяпШ) 0-4(С1с) 2,58
Ш1(А1а217) 0-5(С1с) 3,70
РШ(С1и218) 0-6 (в1с) 3,56
Таблица 3
Геометрия координационной сферы ионов Са2+ и Мп2+ в металлсвязывающих центрах лектина *
Са2+ Мп2+
Атом А Атом А
О^АкрШ) 2,55 О г 1 (С1и119) 2,05
0(РЬе123) 2,31 О^ 2(А5р121) 2,11
Од '(АлпШ) 2,13 О Л '(Азр129) 2,46
Ог2(Мр129) 2,45 N £ 2(Н18136) 2,46
0(\У*1) 2,49 0(\УЗ) 2,10
0(W2) 2,40 0(W4) 2,25
* — обозначение молекулы воды; приведено расстояние между ионом металла и атомом ионсвязывающей группы белка.
данных до разрешения 2, а затем до 1,8 А и проведения соответственно 10 и 15 циклов уточнения окончательная величина /?-фактора при разрешении
1,8 А составила 18%. Статистические данные по геометрии модели лектина сведены в табл. 1.
Уточненная при разрешении 1,8 А структура комплекса лектина с производным бензилглюкопиранозида (рис. 1) сохранила все основные черты, установленные
при разрешении 2,4 А [1, 2]. Полученные в настоящей работе результаты
Рис I. Фрагмент карты электронной плотности углеводсодержащчго комплекса лектина при разрешении 1,8 А с вписанными участками белковой цепи
А» пЧ!
Рис. 2. Структура углевод- и металлосвязывающих центров лектина гороха. Черными кружочками показаны атомы сахарного остатка
отвечают лишь более тонкой детализации структурных особенностей комплекса. Это прежде всего относится к наиболее важным областям белковой глобулы — углевод- и металлосвязывающим центрам (рис. 2).
В табл. 2 и 3 суммированы структурные данные, касающиеся ближайшего окружения глюкозида, а также ионов Са2+ и Мп2+ в белке. Связывающие группировки активных центров и их пространственное расположение относительно лигандов достаточно близко моделируют ситуацию, имеющую место у родственного белка — конканавалина А [6].
Углеводная специфичность лектина определяется прежде всего уникальной 3-мерной системой Н-связей (табл. 2). Основной вклад в образование Н-связей вносят соответствующие группы углевода в 3, 4, 5 и 6-м положениях. Группы в 1-м и 2-м положениях в связывании .D-глюкозы не участвуют. Наоборот, в случае .D-маннозы, отличающейся конфигурационной ориентацией ОН-2, создаются благоприятные условия для дополнительного Н-связывания данного гидроксила с СО-группой основной цепи остатка Gly216. Этим, по-видимому, и объясняется в 2,4 раза более высокая константа связывания D-маннозы по сравнению с ЛЭ-глюкозрй [7 ]. Дополнительный стабилизирующий вклад в связывание углевода вносит также ван-дер-ваальсово квазистэкинг-взаимодействие неполярной части пиранозного кольца с боковой цепью остатка Phel23.
Координация ионов Са2+ и Мп2+ в металлсвязывающем центре лектина гороха достаточно консервативна и близка таковой у конканавалина А [6 ]. Октаэдри-ческое окружение каждого иона включает по 4 связывающие группы белка и по 2 молекулы воды (табл. 3).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лобсанов Ю. Д., Плетнев В. 3., Втюрин Н. И., Лубнин М. Ю., Мокульский М. А., Уржумцев
А. Г., Лунин В. Ю., Лузянина Т. Б.//Биоорган, химия. 1990. Т. 16. № 12. С. 1589—1598.
2. Лобсанов Ю. Д., Плетнев В. 3., Мокульский М. А.//Биоорган, химия. 1990. Т. 16. № 12.
С. 1599—1605.
3. Невская Я. А., Курочкина Н. А., Чиргадзе Ю. Н.//Кристаллография. 1986. Т. 31. № 2.
С. 303—311.
4. Jones Т. A.//S. Appl. Crystallog. 1978. V. 11. P. 268—272.
5. Thronrud et aLf/h Appl. Crystallog. 1983. V. 19. P. 115—120.
6. Derewenda Z., Yarlv J., Helliwell J. R, Kalb A. J., Dodson E. J., Paplz M. Z., Wan Т., Campbell
У.//ЕМВО J. 1989. V. 8. № 8. P. 2189—2193.
7. Van Wauwe J. P., iMontiens F. G., De Bruyne C. AT.//Biochim. et biophys. acta. 1975. V. 379.
P. 456—461.
Поступило в редакцию 16.IX.1992
Yu. D. LOBSANOV, V. Z. PLETNEV*
THE STRUCTURE A CARBOHYDRATJE-CONTAINING COMPLEX OF PEA LECTIN AT 1.8 A RESOLUTION
Institute of Molecular Genetics, Russian Academy of Sciences, Moscow; * M. M. Shemyakin Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow
Crystallographic refinement of a complex of pea lectin with a monosaccharide derivative <benzyl-2-acetamido-2,3-dideoxy-3-iodo-o:-i)-glucopyranoside) has been carried out at 1.8 A resolution up to Д-18%. Details of the 3D structure of the complex including the carbohydrate and Ca2+, Mn2+ binding sites have been specified.
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.