Геометрия и “живые” молекулы

“Живые” молекулы

ДНК – центральный архив информации; содержит инструкции (1) по производству

3D Геометрия – это наука о пространственных отношениях между телами, поверхностями,

Вот как выглядят белки

Порин из бактерии
Klebsiella pneumoniae

Зеленый флюоресцентный белок
из медузы

Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса

А важна ли 3D геометрия молекул?

РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса –

Пример удачного описания 3D геометрии живого

Витрувианский человек

Леонардо да Винчи

В чем состоит описание этого 3D объекта

Выделяем структурные единицы – части,

Как мы все это узнали?

Глаза…
Длительное наблюдение за объектами
Возможность измерять
…. Анатомия,

“Живые” молекулы - маленькие

ДНК: толщина - 20Å , длина - ? (участок

Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в

Разные молекулы
(вода, ионы, маленькие молекулы – лиганды, белки и др.)
налетают

Как же нарисовали модели белков?

Рентгено-структурный анализ - примерно, одномоментная фотография одной

Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса, наверное, должно выглядеть так:

(нарисовано на

Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков

(1) Основная функция

ДНК – архив информации Значит, должны быть

Писатели (???!!!)
Читатели, которые используют информацию
Архивариусы,

Два способа чтения ДНК белками

Фрагмент нуклеосомы лягушки
Xenopus laevis

См. Rasmol

ДНК находится в

В ДНК закодирована информация

AAATTGCGCTTTCCAGGG … или вроде того
И как же ее переписать,

Этим и займемся – для участка ДНК

Где же буквы A, T,

Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)

В каком направлении читать ДНК?

Глазами легко увидеть различные пары оснований

A

C

T

G

ДНК-зависимая РНК-полимераза

только переписывает буквы
расплетает две цепи ДНК
изгибает одну цепь так,

Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы

Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК

Кислород, акцептор протона

Азот,

Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)

Кислород, акцептор

Азот, донор

Азот, акцептор

Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей

История про белок TetR

периплазма

цитоплазма

diffusion

TetA

efflux

Белок TetA

БАКТЕРИЯ

МЕЖКЛЕТОЧНОЕ
ПРОСТРАНСТВО

Идея бактерии простая, но так просто не получается ☹

O2

O1

Белок TetR

периплазма

цитоплазма

tetR

tetA

Белок TetA

ДНК

Гены не
работают

Участки ДНК, узнаваемые
TetR

O2

O1

Белок TetR

периплазма

цитоплазма

tetR

tetA

diffusion

TetR+Tc

Белок TetA

ДНК

При связывании с Tc белок TetR
перестает связываться со

O2

O1

Белок TetR

периплазма

цитоплазма

tetR

tetA

diffusion

TetR+Tc

Белок TetA

ДНК

Гены работают

Вот он, белок TetR, собственной персоной

Димер TetR, взаимодействующий с двумя молекулами
тетрациклина

Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК участок

Давайте читать ДНК, на расплетая цепей!

Так ничего не понять!

Нужно выделить части!

Какие атомы на поверхности ДНК
различаются в зависимости от
оснований ДНК

“Химический код” в большой бороздке ДНК

A-T

T-A

G-C

C-G

Акцептор протона

Донор протона

Гидрофобная группа
атомов (-CH3

Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность ДНК, не расплетая двойной

Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью, называемой “Геликоид”.

Определение 1.

Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой, натянутой на двойную

Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом

Параметры геликоида
подгоняются к каждому
участку ДНК.
Поэтому геликоид

Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью

Давайте изобретать белок для распознавания ДНК!

Белок глобулярный, т.е. сохраняет свою форму,

Вот как это делает тетрациклиновый репрессор

См. Rasmol

Некоторые выводы

Одна молекула белка взаимодействует с коротким участком ДНК - 4-5

Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок. 10 пар оснований,

Димер тетрациклинового репрессора на ДНК

Вид сбоку

Вид со стороны ДНК

Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессором

CTATCATTGATAG

Что в ней особенного?

Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой последовательностью
Люди (даже

Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания

Роль растворителя

Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином, перестает связываться с ДНК?

Две

Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:

Ничего общего?

Порин

Зеленый флюоресцентный
белок

Скелеты похожи!

Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60

Вот адрес базы данных PDB, в которой хранятся 3D структуры белков,

Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D структуры

Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации

Нуклеосома 1aoi
Зеленый флюоресцентный

Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов

Оболочка риновируса –
вируса, вызывающего насморк