Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г



страница3/3
Дата20.04.2013
Размер0.56 Mb.
ТипКурсовая
1   2   3

Оптимизация структуры белка EcoS7 в комплексе с 16S рРНК

Полученная модель белка S7 E. сoli при замещении белка S7 Т. thermophilus в составе комплекса из 30S субчастица обладает рядом недостатков. Наблюдались сверхблизкие контакты (< 2,4 Å, вплоть до 0,2 Å). Что не позволяло привести моделирование вероятного взаимодействия белка S7 E. coli с 16S рРНК. Для решения возникшей задачи было применены протокол EM (energy minimization) и SA (simulated annealing). Результатом применения протокола EM является структура без высокоэнергетических взаимодействий между атомами, с незначительным изменением положения атомов. В случае SA протокол предпологает быстрое охлаждение (1 пикосекунда) структуры 2000 К до 0. Результатом подобной операции является структура с минимальной потенциальной энергией (в вакууме это означает наибольшее количество энергетически выгодных взаимодействий).
Средством для выполнения этих задач был выбран пакет программ Gromacs 3.1.4 [9,10]

Минимизация энергии проводилось в вакууме. Для параметризации межатомных взаимодействий было использовано силовае поле GMX входящее в состав пакета программ Gromacs 3.1.4.

Протокол выполнения EM.

pdb2gmx -f $MOL}.pdb -o ${MOL}.gro -p ${MOL}.top

editconf -f ${MOL}.gro -o ${MOL}.gro -d.5

grompp -n -f em -c ${MOL} -p ${MOL} -o ${MOL}_em

mdrun -nice 4 -s ${MOL}_em -o ${MOL}_em -c ${MOL}_after_em -v >& ! try2


Параметры EM.

Поскольку установленные по умолчанию параметры EM не привели к нужному уровню минимизации энергии, то был проведен поиск параметра emstep и найдено оптимальное значение 0.02 (по умолчанию 0.01).

title = gin2

cpp = /lib/cpp

define = -DFLEX_SPC

constraints = none

integrator = steep

dt = 0.002

nsteps = 5000

nstlist = 10

ns_type = grid

gen_vel = yes

gen_seed = 173529

emtol = 1000.0

emstep = 0.02

Что привело к изменению максимальной силы взаимодействия между атомами с.64330e+18 до 7.94900e+02 кДж/(моль*нм). Результатом данной операции является структура без высокоэнергетических взаимодействий между атомами. Однако такой подход не позволяет найти структуру белка, оптимальную для комплекса с РНК так как этот протокол не учитывает низкоэнергетических взаимодействий (водородные связи, электростатические взаимодействия и т. п.).

Для нахождения оптимальных конфигураций боковых цепей аминокислотных остатков был использован протокол SA.

Протокол выполнения SA.


grompp –f md –n –c ${MOL}_after_em -p ${MOL} -o ${MOL}_md

mdrun -nice 4 -s ${MOL}_md -o ${MOL}_md -c ${MOL}_after_md2 -v &

Параметры SA.

При оптимизации структуры белка EcoS7 положение всех атомов рРНК в пространстве было неизменно (координаты были заморожены). В связи с тем, что ранее в нашей лаборатории методом MD (molecular dynamics simulation) было показано, что модель белка EcoS7 в растворе , полученна с помощью сервиса Swiss-Model сохраняет все структурные элементы, что позволяет при использовании протокола SA заморозить координаты С атомов для созранения хода цепи при высокой температуре. Таким образом производилась поиск оптимальных позиций для боковых радикалов аминокислот.

title = gy

cpp = /lib/cpp

constraints = all-bonds

integrator = md

dt = 0.002

nsteps = 500

nstcomm = 1

nstxout = 500

nstvout = 0

nstfout = 0

nstlist = 10

ns_type = grid

;pbc = no

rlist = 1.0

rcoulomb = 1.0

rvdw = 1.0

freezegrps = RNA Backbone

freezedim = Y Y Y Y Y Y

energygrps = System

; Berendsen temperature coupling is on in two groups

Tcoupl = berendsen

tau_t = 0.1 0.1 0.1

tc-grps = Protein RNA MG

ref_t = 000 000 000

; Pressure coupling is not on

Pcoupl = no

tau_p = 0.5

compressibility = 4.5e-5

ref_p = 1.0

; Generate velocites is on at 300 K.

gen_vel = yes

gen_temp = 000.0

gen_seed = 173529

; SIMULATED ANNEALING CONTROL =

annealing = yes

Time at which temperature should be zero (ps) =

zero-temp_time = 1

Таким образом, была получена модель комплекса EcoS7 с 16S рРНК Tth.

Результаты и обсуждение.

На первом этапе было определено области контакта рибосомального белка S7 c 16S рРНК в структуре Tth30S. Затем были подсчитаны консервативности контактирующих аминокислотных остатков в S7 (78.79%) и рибонуклеиновых оснований 16S рРНК (88.35%) у эубактерий. результаты которых позволили предположить, что структуры комплексов TthS7 и EcoS7 с соответствующими 16S рРНК сходны, что позволило провести моделирование EcoS7 в Swiss-Model. При моделировании самого комплекса консервативность всей 16S рРНК и в особенности областей контакта с белком S7 позволило принять 3D структуру Tth16S рРНК равной структуре Eco16S рРНК. Следующим этапом была проведена оптимизация комплекса EcoS7 с 16S рРНК Thermus thermophilus с помощью протоколов EM (energy minimization) и SA (simulated annealing). Степень отклонения была оценена с помощью RMS: RMS = 0,28 Å EM в случае EM и RMS = 1,38 Å после EM + SA.

В качестве контрольной системы был выбран комплекс TthS7 с 16S РНК. Были использованы идентичные протоколы с идентичными параметрами. После EM максимальная сила взаимодействия между атомами упала с 1.06956e+05 до 1.69181e+03 кДж/(моль*нм). RMS: в случае EM RMS = 0,11 Å EM в случае EM и RMS = 1,54 Å после EM + SA.

Белки S7

Потенциальная энергия (кДж/моль)

До оптимизации

После EM

После SA

Thermus thermophilus

4.43851e+15

-3.96462e+04

-4.41872e+04

Escherichia coli

2.20259e+04

-4.06116e+04

-4.90928e+04


Это позволяет утверждать, что проведенная оптимизации существенна и предложенная модель позволяет проводить дальнейший анализ зоны РНК-белковых контактов EcoS7 с 16S РНК.
Список контактов оптимизированных белков S7 Т. thermophilus и E.coli c 16S рРНК Т.thermophilus и консервативность контактирующих мономеров (максимальное расстояние 3,30 Å)

EcoS7

TthS7

Tth16S рРНК

Взаимодействующие атомы

Расстояние

Консервативность Tth16S рРНК

Консервативность S7

Pro2

Ala2

U1380

N, 04

3,30/2,78

99,07%

3,90%(A) 44,16% (P)




Ala2

U1380

N2, O6

3,04

99,07%

3,90%

Arg3




G932

NE, O2P

2,98

96.26%

96,10%




Arg3

G932

NH1, O2P

2,94

96.26%

96,10%

Arg3

Arg3

U1380

N, O4

2,84/2,94

99,07%

96.10%

Arg3




U1380

NH1, O2P

2,75

99,07%

96.10%

Arg4

Arg4

C931

NH2, O2*

2,96/3,22

98,13%

50,65% (+45,45% K)

Arg4

Arg4

C932

NE, 05*

2,80/3,18

96,26%

50,65% (+45,45% K)

Arg4




C932

NE, 01P

3,23

96,26%

50,65% (+45,45% K)




Arg6

C1378

NH2, 01P

2,99

97.20%

15.58% (+9,09% K)

Gln9




A1377

NE, O2P

2,81

99.07%

12,99%




Arg10

U1376

NE, O4

3,15

98,13%

87,01% (+5,20% K)

Lys25




U1376

NZ,O2P

2,97

98,13%

49,35% (+24,68% R)

Asn28

Asn28

A1374

O, O2*

2,98/2,86

100.00%

90.91%

Asn28

Asn28

A1375

ND2, O1P

3,03/2,69

99.07%

90.91%

Asn28

Asn28

A1374

ND2, O3*

2,77/2,86

100.00%

90.91%




Lys29

A1375

NZ, O2*

2,57

99.07%

28.57%(+12,99% R)




Lys29

C940

NZ, O1P

2,74

92.52%

28.57%(+12,99% R)

Leu30




U1240

O, N3

3,01

100.00%

22,08%(+31,17% I +33,77% V)




Arg32

A1350

NH1, O2*

3,12

99.07%

6.49% (+10,39% K)




Arg32

G941

NH1, O3*

3,24

92.52%

6.49% (+10,39% K)

Asp33

Asp33

A1350

O, N3

2,90

99.07%

59.74%

Gly34

Gly34

U1372

O, O2*

3,20/3,02

99.07%

96,10%

Lys35

Lys35

G1241

NZ, O1P

3,21/3,20

100%

97,40%

Lys36




G1373

NZ, O1P

3,01

98,13%

83,12% (+12,99% R)




Lys36

G1373

NZ,O3*

3,30

98,13%

83,12% (+12,99% R)




Lys36

A1374

NZ, O1P

2,22

100.00%

83,12% (+12,99% R)




Arg41

G1291

NH2, O1P

2,49

29.91%

31.17% (+24,57% K)




Arg41

G1291

NE, O1P

2,72

29.91%

31.17% (+24,57% K)




Arg41

G1291

NH2, O5*

3,01

29.91%

31.17% (+24,57% K)




Arg41

U1292

NH2, O2P

2,84

14.95%

31.17% (+24,57% K)

Arg79




C1382

NH1, O2*

3,16

99.07%

88,31% (+1,30% K)

Arg92




A1377

NH2, O5*

3,08

99.07%

68,83% (+6,49% K)

Arg92




A1377

NH2, O1P

2,40

99.07%

68,83% (+6,49% K)




Arg94

U1376

NH2, O2P

3,26

98,13%

9.09% (+2,60% K)




Arg94

U1376

NH2, O5*

3,30

98,13%

9.09% (+2,60% K)




Arg94

A1377

NH2, O2P

2,77

99.07%

9.09% (+2,60% K)




Arg94

A1377

NE, O2P

2,77

99.07%

9.09% (+2,60% K)

Arg95

Arg95

A938

NH1, O3*

2,99/2,94

100.00%

96.10%




Arg95

A938

NH1, O2*

3,12

100.00%

96.10%




Arg95

A938

NH2, O3*

2,87

100.00%

96.10%




Arg95

G939

NH2, O1P

3,23

100.00%

96.10%

Arg102




A1375

NH2, O2*

3,01

99.07%

87,01 (+5,19 K)

Arg102




G939

NE, O3*

3,10

100,00%

87,01 (+5,19 K)

Arg102




C940

NE, O1P

2,77

92.52%

87,01 (+5,19 K)




Arg102

G939

NH1, O1P

2,82

100,00%

87,01 (+5,19 K)




Arg102

C940

NH2, O2P

3,06

92.52%

87,01 (+5,19 K)




Arg109

U1240

ND2, O4

2,93

100,00%

3.90%

Lys114

Arg114

A1239

O, O2*

3,05/2,82

100.00%

70.13% (R.K)

Lys114

Arg114

U1240

O, O1P

3,19/3.03

100.00%

70.13% (R.K)




Arg114

C1297

NH2, O2*

2,75

57.01%

(R.K) 70.13%




Arg114

C1298

NH2, O2P

2,91

98.13%

70.13% (R.K)

Met116

Ala116

U1240

N, O2P

2,63/2,64

100.00%

88,31%/5,19%

Arg 119




U1240

NH2, O1P

3,27

100.00%

50.65% (+40,26% K)


В ходе анализа контактов было установлено, что TthS7 образует около 40 контактов из них большинство (30) способно образовывать водородные связи. В то время как EcoS7, образует 28 контактов и 21 из них способны образовывать водородные связи. Белок TthS7 в составе малой субчастицы не образует контактов -листом с рРНК [1], в то время как существуют биохимические данные о том, что Lys75, , способен сшиваться с рРНК [11]. Необходимо напомнить, что основная масса известных на сегодня данных относятся к E.coli. В полученной нами модели Arg79, который тоже принадлежит -листу, находится в плотном контакте с C1382. Наблюдаемое различие между моделью комплекса EcoS7 и рРНК и данными по сшиванию можно объяснить тем, что для сшивания использовался специальный реагент, увеличивающий длину сшивки до 10А[11]. С другой стороны делеционный анализ EcoS7 показал, что для связывания с рРНК необходим -лист [12], это позволяет полагать, что предложенная нами модель, содержащая контакты -листа белка EcoS7 функциональна.
Выводы.

  1. Методами компьютерного анализа и моделирования in silico показано, что два белка-аналога EcoS7 и TthS7 по первичной структуре идентичны на 52%, а в зоне РНК-белковых контактов в 30S субчастице – на 88.35%.

  2. Предложена модель структуры белка EcoS7.

  3. Предложены оптимизированные модели структуры белков EcoS7 и TthS7 в комплексе с рРНК.

  4. Контакты оптимизированной модели белка EcoS7 хорошо соотносятся с биохимическими данными.


Список литературы.
[1] Wimberly, B.T., Brodersen, D.E., Clemons, W.M., Jr., Morgan-Warren, R.J., Carter, A.P., Vonrhein, C., Hartsch, T. and Ramakrishnan, V. (2000) Nature 407, 327-39.

[2] Yusupov, M.M., Yusupova, G.Z., Baucom, A., Lieberman, K., Earnest, T.N., Cate, J.H. and Noller, H.F. (2001) Science 292, 883-96.

[3] Dragon, F. and Brakier-Gingras, L. (1993) Nucleic Acids Res 21, 1199-203.

[4] Wimberly, B.T., White, S.W. and Ramakrishnan, V. (1997) Structure 5, 1187-98.

[5] Hosaka, H., Nakagawa, A., Tanaka, I., Harada, N., Sano, K., Kimura, M., Yao, M. and Wakatsuki, S. (1997) Structure 5, 1199-208.

[6] Brewer, L.A. and Noller, H.F. (1983) Biochemistry 22, 4310-5.

[7] Guex, N. and Peitsch, M.C. (1997) Electrophoresis 18, 2714-23.

[8] Schwede, T., Kopp, J., Guex, N. and Peitsch, M.C. (2003) Nucleic Acids Res 31, 3381-5.

[9] Berendsen, H.J.C., van der Spoel, D., van Drunen, R. (1995) Comp. Phys. Comm. 91, 43–56.

[10] Lindahl, E., Hess, B., van der Spoel, D. (2001) J. Mol. Mod 7, 306–317.

[11] Urlaub, H., Thiede, B., Muller, E.C., Brimacombe, R. and Wittmann-Liebold, B. (1997) J Biol Chem 272, 14547-55.

[12] Dragon, F., Payant, C. and Brakier-Gingras, L. (1994) J Mol Biol 244, 74-85.
1   2   3

Похожие:

Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа Егоров В. О., Студент 2-ого курса д/о Научный Главный научный сотрудник
Вселенной показали, что привычные модели не могут адекватно описать ее поведение. Расчеты позволяют сделать вывод, что остается неучтенной...
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа Определение эйлерова пути на Прологе Халипский Сергей Николаевич Специальность: 230105
Ваша курсовая работа обладает недостатком, что не позволяет считать ее выполненной
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа студента III курса Каргальцева А. В. Научный руководитель ст преп. Пантелеев А. Д. Санкт-Петербург
Эпоха и основная проблематика творчества христианских писателей III-IV в н э
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа «Проектирование вычислительной системы»
Данная контрольно-курсовая работа выполняется с целью закрепления знаний по курсу «Организация ЭВМ и систем» и получения практических...
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconГоловин Игорь Николаевич И. В. Курчатов Сайт «Военная литература»: Издание
Головин И. Н. И. В. Курчатов — 3-е изд., перераб и доп. — М.: Атомиздат, 1979. — 136 с
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа студента I курса дневного отделения группы Научный руководитель
Своего рода неосознанным отражением нового состояния страны стали и изменения в русской речи, и в частности активизация целого ряда...
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа студентки 4xx группы XXXXXXX. X. X научные руководители: XXXXXXXX. X. X xxxxxxxxxxxxx. X. X москва 200X
Влияние кислотности раствора на сорбцию ароматических карбоновых кислот на ппу 5-30
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа студента 1 курса, 12 гр., Юф, д/о Булатова П. Ю. Научный Ст
Если наука не выделит четкого критерия, позволяющего отделить подлинное право от произвола и других, переходных к нему форм, то будет...
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconСтатистические данные по oиbm за 2003 г
Кpымская конфеpенция памяти А. Б. Севеpного "Солнце и космическая погода", п. Научный, Кpым, Укpаина, 9-13 июня 2003 г
Курсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г iconКурсовая работа студентки 1 курса факультета нелинейных процессов Научный
В качестве примеров таких систем можно рассматривать колебания молекул в жидкостях и твердых телах, электрические цепи, состоящие...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org