Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus



Скачать 274.47 Kb.
Дата24.11.2012
Размер274.47 Kb.
ТипКурсовая
Московский Государственный университет

им. М. В. Ломоносова
Факультет биоинженерии и биоинформатики


Курсовая работа
Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16S субчастицей рибосомы Thermus thermophilus по данным РСА.


Автор: Черноризов К.А.
Научные руководители:

Головин А.В.

Анохина М.М.

Москва 2003г.
Аннотация.
В настоящее время антибиотики являются основным средством борьбы с бактериальными инфекциями человека и животных. Тетрациклин (Тс) является традиционным популярным антибиотиком широкого спектра действия, который используется как в медицине, так и ветеринарии, поэтому стало актуальным более подробное исследование для повышения эффективности действия исследуемого антибиотика.
Введение.
В клетках бактерий основной мишенью для Тс является рибосома, взаимодействие с которой приводит к ингибированию биосинтеза белка. Еще в конце 60-х годов было высказано предположение, что Тс блокирует взаимодействие аминоацил-тРНК с А-участком рибосомы. Но на сегодняшний день, точный молекулярный механизм взаимодействия Тс с бактериальной рибосомой окончательно не выяснен.



Так, например, предполагают, что Тс не является прямым конкурентным ингибитором связывания тРНК с рибосомой в участке кодон-антикодонового взаимодействия, а может аллостерически ослаблять взаимодействие между рибосомой и тРНК.

Рисунок 1. Химимческая структура Тетрациклина.
Недавно методом рентгеноструктурного анализа (РСА) группами Ноллера [1] (США) и Рамакришнана [2] (Англия) были получены структуры рибосомы и определены ее функциональные участки. Эти структуры были получены с не достаточно высоким разрешением, минимальное составляло 3.4 А (например: линенйный размер тетрациклина составляет всего 11А).

Рамакришнан с сотр. предложили структуру комплекса Тс с малой субчастицей рибосомы Thermus thermiphilus с разрешением 3,4 А. Авторы обнаружили два участка связывания Тс: первый (Tet-1) локализован в районе спиралей Н31 и Н34 16S рРНК и белков S13, S10, S3; второй (Tet-2) локализован в районе спиралей Н11 и Н27 16S рРНК и белка S12.

Йонат с сотр.[3], используя метод РСА, выявили шесть участков связывания Тс с кристаллом малой субчастицы рибосомы Thermus thermophilus с разрешением 4,5 А.

Маловероятно, что все 6 участков связывания являются функциональными.
Согласно известным биохимическим данным таких участков всего 2.

Задача состоит в исследовании контактов Тс с 30S субчастицей рибосомы Thermus thermophilus. Затем необходимо наложить структуры с тРНК в функциональных участках рибосомы на структуры комплексов с Тс и сделать вывод о возможной функциональной значимости всех участков связывания Тс. Также, из полученных результатов можно предположить механизм действия антибиотика: является ли Тс прямым конкурентным ингибитором связывания тРНК с рибосомой в участке кодон-антикодонового взаимодействия или аллостерически ослабляет взаимодействие между рибосомой и тРНК.

Изучение идентичности окружения всех 6-ти возможных мест связывания тетрациклина к 16S рРНК позволяет сделать предположение о функциональности этих мест. Чем выше средняя идентичность окружения, тем вероятнее, что в этом месте взаимодействие тетрациклина с рРНК специфично, так как тетрациклин малая молекула и возможно, что для полноценного связывания ему необходимо стабильное окружение.

Возможно, что именно в месте с наибольшей идентичностью окружения имеет смысл проводить дальнейшие исследования (например, исследования в области фармакологии), т.к., проследив реакцию одного микроорганизма из нижеприведённого списка, мы вполне можем ожидать такой же реакции от другого микроорганизма из той же выборки.
Материалы и методы.
Первый этап: Изучение ближайшего рибосомального окружения шести молекул тетрациклина.

На данном этапе работы была использована программа Swiss PDB

Viewer v3.7b2. [4].

Было взято окружение на расстоянии 2,5А; 3,0А; 3,5А (с помощью команды “Neighbors of Selected aa”). Затем были описаны контакты всех нуклеотидов, входивших в окружение с молекулами тетрациклина.

Также с помощью команды “Compute H-bonds” были описаны все теоретически возможные водородные связи между тетрациклинами и рРНК. Для использования данной функции были использованы следующие установки по умолчанию (для тяжёлых атомов без водородов):

  • Минимальная дистанция: 2.195 А + 0.050 А

  • Максимальная дистанция: 3.300 А + 0.050 А

  • Угол: 90.000

Результаты этого этапа работы находятся в разделе “Результаты”.

Второй этап: Поиск важнейших гомологов, рассматриваемой 16S РНК; выравнивание всех найденных последовательностей; поиск консервативных позиций тех нуклеотидов, которые фигурировали в предыдущей части работы в качестве окружения молекул тетрациклина.

Необходимые гомологи были найдены с помощью интернет-сервера
“http://srs.ebi.ac.uk” (список найденных организмов см. в разделе “Результаты”).

Используя программу Alibee (http://www.genebee.msu.su/services/malign_reduced.html), было получено выравнивание последовательностей 16S-рРНК вышеупомянутых гомологов.

Затем с помощью программы GeneDoc Version 2.6.002 полученное выравнивание было визуализированно, и вручную был высчитан процент идентичности необходимых нуклеотидов (см. столбец “идентичность” в нижеследующей таблице).

Результаты.
1.Список организмов, использованных в исследовании.
AQUIFEX AEOLICUS, AQUIFEX AEOLICUS, AGROBACTERIUM TUMEFACIENS, ANABAENA SP., BACILLUS HALODURANS, BACILLUS STEAROTHERMOPHILUS, BACILLUS SUBTILIS, BORRELIA BURGDORFERI, BRUCELLA MELITENSIS, BUCHNERA APHIDICOLA, BUCHNERA APHIDICOLA, CAMPYLOBACTER JEJUNI, CANDIDATUS TREMBLAYA PRINCEPS, CARSONELLA RUDDII, CAULOBACTER CRESCENTUS, CHLAMYDIA MURIDARUM, CHLAMYDIA PNEUMONIAE, CHLOROBIUM TEPIDUM, CHLAMYDIA TRACHOMATIS, CLOSTRIDIUM ACETOBUTYLICUM, CLOSTRIDIUM PERFRINGENS, CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM, DEINOCOCCUS RADIODURANS, ESCHERICHIA COLI O6, ESCHERICHIA COLI, EIKENELLA CORRODENS, FUSOBACTERIUM NUCLEATUM, HAEMOPHILUS DUCREYI, HAEMOPHILUS INFLUENZAE, HELICOBACTER PYLORI, LACTOCOCCUS LACTIS, LEPTOSPIRA BIFLEXA, LISTERIA MONOCYTOGENES, MICROCOCCUS LUTEUS, MYCOBACTERIUM BOVIS, MYCOPLASMA GENITALIUM, MYCOBACTERIUM LEPRAE, MYCOPLASMA MYCOIDES, MYCOPLASMA PNEUMONIAE, MYCOPLASMA PULMONIS, MYCOBACTERIUM SMEGMATIS, MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS, NEISSERIA MENINGITIDIS, PASTEURELLA MULTOCIDA, PSEUDOMONAS AERUGINOSA, RALSTONIA SOLANACEARUM, RHIZOBIUM LOTI, RHIZOBIUM MELILOTI, RHODOBACTER CAPSULATUS, RICKETTSIA CONORII, RICKETTSIA PROWAZEKII, SALMONELLA TYPHIMURIUM, SPIRULINA PLATENSIS, STAPHYLOCOCCUS AUREUS, STREPTOMYCES COELICOLOR, STREPTOCOCCUS PYOGENES, STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE, STREPTOCOCCUS PYOGENES, STREPTOMYCES ROSEOSPORUS, SYNECHOCOCCUS SP., SYNECHOCYSTIS SP., THERMOTOGA MARITIMA, THERMUS THERMOPHILUS, THERMOANAEROBACTER TENGCONGENSIS, THIOBACILLUS CUPRINUS, TREPONEMA PALLIDUM, UREAPLASMA PARVUM, VIBRIO CHOLERAE, XANTHOMONAS AXONOPODIS, XANTHOMONAS CAMPESTRIS, XYLELLA FASTIDIOSA, YERSINIA PESTIS.
2.Результаты анализа окружения 5ти молекул тетрациклина.


Расстояние

Нуклеотид

Взаимодействие

Расстояние (E)

Вид связи

Идентичность (%)

B-factor

Тетрациклин №1





































2.5

G1035

O10:O1P

2.15

VDW

100

52.13




U1177

N21:O1P

2.21

H-bond

95

52.77




G1178

N21:O3*

3.31

El.static

97

74.28




G1178

O1:O1P

2.66

H-bond

97

74.28




G1178

O1:O3*

2.71




97

74.28




G1179

O12:O1P

1.99




73

52.30




G1179

O1C:O1P

2.59

H-bond

73

52.30

3.0

MG66













71.20

3.5

C1036

O11:O1P

3.80




100

66.17

Тетрациклин №3





































2.5

U1141

C62:O2*

2.26

VDW

80

95.76




C1144

O6:N4

2.19

VDW

93

140.78




G1146

O12:N1

2.46

H-bond

95

134.38




G1146

O1C:O6

2.86

H-bond

95

134.38




G1146

O1:O6

2.22

H-bond

95

134.38




G1146

O12:N2

2.85




95

134.38




G1152

O1C:O6

1.92

VDW

86

72.91




G1152

C43:O6

2.15

VDW

86

72.91




C1153

O11:N4

2.94




86

76.26




C1153

O12:N4

2.02

VDW

86

76.26

3.0

C1143

O6:N4

2.52

H-bond

100

117.69




C1145

O1:N4

2.55

H-bond

83

131.94




C1145

N21:O2P

4.23

El.static(?)

83

131.94




G1154

O12:O6

3.25

H-bond

96

92.84




G1154

O11:O6

2.44

H-bond

96

92.84




G1154

O11:N7

2.33

H-bond

96

92.84




G1154

O10:N7

2.20

H-bond

96

92.84




G1155

O6:O6

2.93

H-bond

3

112.89

3.5

C1147

O1C:N4

3.05

H-bond

92

132.83




G1163

C62:N2

3.01




100

113.27

Тетрациклин №4





































2.5

G918

O1:N2

3.24

H-bond

98

61.64




G918

O6:N2

1.97

VDW

98

61.64




G919

O12:O2*

2.86

H-bond

98

70.97




G919

O1:O2*

2.43

H-bond

98

70.97




G919

N21:N2

2.43

VDW

98

70.97




G1214

C42:O1P

2.77




76

52.41




G1214

C43:O2P

2.36

VDW

76

52.41




G1324

C62:N2

3.40




93

55.46




G1324

O6:N2

3.49




93

55.46




A1331

C62:O1P

2.72




99

43.81




A1331

C8:O5*

2.22

VDW

99

43.81

3.0

C1323

N21:N3

3.34




98

59.37




C1323

O3:C1*

2.90




98

59.37




A1330

C7:O3*

2.62




99

54.25




U1332

O10:O1P

2.57




99

52.87

3.5

U920

O1:O4*

3.24




99

70.94




U920

N21:O2

3.32




99

70.94




U1213

C43:O3*

3.08




98

47.23




U1213

O3:O1P

4.07




98

47.23




U1322

N21:O2

4.02




98

52.87




U1322

O21:O2*

3.48




98

52.87

Тетрациклин №5





































2.5

U239

C62:O2P

2.36

VDW

100

43.21




U239

C9:O2*

2.33

VDW

100

43.21




U239

O10:O2*

2.68




100

43.21




A241

O11:O1P

2.39

H-bond

99

46.67




A241

O12:O2*

2.59

H-bond

99

46.67




G871

C7:N2

2.28

VDW

97

66.16




G871

C8:N3

2.74




97

66.16




G871

O10:O2*

3.31

H-bond(?)

97

66.16




G872

O1:O2*

2.69

H-bond

58

46.30




G872

O6 1:N3 1

2.27

H-bond

58

46.30




C873

N21:O4*

2.41

VDW

61

58.41




C873

N21:O2*

2.47

H-bond

61

58.41

3.0

U882

C62:O2*

2.70




100

42.62

Тетрациклин №6





































2.5

C911

O1C:O2P

2.74

H-bond

98

61.05




C911

O12:O1P

2.21

H-bond

98

61.05




G1166

C8:O3*

2.09

VDW

75

77.38




G1167

C9:O1P

2.39

VDW

100

69.76




G1167

C8:O1P

2.37

VDW

100

69.76




A1327

O6:O2P

2.47

H-bond

99

39.46

3.0

G910

C43:O1P

2.64




97

39.24




U1326

O11:O1P

3.05




100

48.29




U1326

O1:O2*

2.58




100

48.29




U1326

O1P:O11

3.05

H-bond

100

48.29




U1326

N21:O2*

3.19

H-bond

100

48.29




A1359

N21:C2

2.77




99

67.55

3.5

MG61

O11:MG

3.04







71.20

H-bonds – водородные связи

VDW – Вандерваальсовы взаимодействия
Обсуждение.
По имеющимся данным всё окружение Tet2 состоит из белков. В связи с некоторыми расхождениями в описании координат белков не ясно, на каком расстоянии надо искать это окружение. С другой стороны рибосомальные белки являются структурными, т.е. отвечают за правильность структуры рРНК (считается, что рибосома это гигантский рибозим), поэтому возможно, что взаимодействие тетрациклина с белками не функционально. По этим причинам окружение данного тетрациклина не рассматривалось. Тут необходимо более подробное исследование.

Определённый интерес вызывает процент идентичности нуклеотида G1155 из окружения Tet3 (3%). Возможно, причиной этому послужила неточность в рентгеноструктурном анализе исследуемой 16S рРНК. Это подтверждается и В-фактором (фактором неоднородности нуклеотида в кристалле рРНК). В данном случае он равен 112,89, что является весьма большим показателем. Это говорит о том, что, возможно, этот нуклеотид в кристалле рРНК был в нехарактерном для него положении, ввиду своей высокой подвижности.

Так же интересно то, что у окружения Tet3 средний показатель B-фактора 111,05, в то время как у окружения других сайтов он колеблется от 50-ти до 60-ти. Из этого можно заключить, что анализ сайта Tet3 был сделан недостаточно точно, и, следовательно, выводы, сделанные на основании анализа сайта Tet3 не достаточно достоверны.

Нумерация нуклеотидов была произведена в соответствии с нумерацией исходного pdb-файла, содержащего последовательность 16S-рнк бактерии Thermus Thermophilus.

Наибольшее значение В-фактора обнаружено у Tet3 (111,05), далее по убыванию: Tet1 (61,475), Tet6 (59,24), Tet4 (56,53), Tet5 (50,56).

Наибольшую идентичность проявило окружение тетрациклина №4 (среднее значение консервативности – 95,9%), далее по убыванию: Tet6 (95,4%), Tet1 (93,0%), Tet3 (83,1%), Tet5 (85,8%).

По данным исследователей Marta Pioletti etc [3] окружение Tet1 является наиболее функциональным, и, как следствие, предполагается, что его действие на различные организмы предсказуемо и постоянно, а окружение Tet3 для различных организмов не постоянно, что, возможно, говорит о не специфическом взаимодействии тетрациклина с рРНК в этом месте.

Чтобы более полно рассмотреть структурные основы действия Тс на рибосому следует рассмотреть локализацию функциональных участков на 70S рибосоме. В работе Ноллера с сотр.[1] методом РСА была определена структура комплексов 70S рибосомы Thermus thermophilus с мРНК и тРНК в А-, Р- и Е-участках. В работе Рамакришнана с сотр.[2], были описаны А-, Р- и Е-участки малой субчастицы.

Накладывая структуры 30S субчастицы с молекулами тРНК и с молекулами Тс друг на друга можно представить расположение антибиотика относительно функциональных участков рибосомы и относительно молекул тРНК.

Выводы.

  • Наиболее идентичным является окружение Tet4, наименее идентичным – Tet5. Возможно, что тетрациклин в сайте Tet4 ввиду высокой идентичности его рибосомального окружения является функционально активным.

  • Окружение Тет3 имеет наименьшую идентичность и самое высокое среднее значение В-фактора. что, возможно, говорит о не специфическом взаимодействии тетрациклина с рРНК в этом месте

Список использованной литературы.

[1] 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.

[2] 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.

[3] Pioletti, M. et al. (2001) Embo J 20, 1829-39.

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

Похожие:

Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКурсовая работа Научный М. н с., к х. н. Головин А. В. Москва 2003 г
Определение области контакта рибосомального белка S7 с 16S ррнк в структуре Tth30S
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconИнструкция по применению «Тетрациклина гидрохлорид»
Тетрациклина гидрохлорид представляет собой порошок жёлтого цвета, хорошо растворим в новокаине, воде (1: 10)
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus 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 Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКонтрольная работа по фитопатологии
Днк или рнк, используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus 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 Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКонтрольная работа 15 страниц; реферат 15-25 страниц; курсовая работа 30-40 страниц; дипломная работа 60-100 страниц
Работа в обязательном порядке должна иметь, главы, подпункты, заключение, список использованной литературы. В некоторых случаях возможны...
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКурсовая работа по дисциплине "Микропроцессорные системы"
Работа выполняется на системе “прототип” на основе микроконтроллера 51 семейства
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКурсовая работа по дисциплине "Микропроцессорные системы"
Работа выполняется на системе “прототип” на основе микроконтроллера 51 семейства
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКурсовая работа включает: титульный лист
Курсовой работа по дисциплине «Технологии программирования» состоит из 2 частей: теоретическая часть; практическое задание
Курсовая работа Аннотация зоны контакта тетрациклина с 16 s субчастицей рибосомы Thermus iconКонтрольная работа курсовая работа (проект)

Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


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