стартовая / работа / проекты / Взаимодействия белок—лиганд

Гидрофобные контакты в комплексах АТФ—белок

Pyrkov et al. (2007). — PROTEINS 66(2), 388–398.

Задача:

Экспериментальное определение пространственной структуры комплекса белок—лиганд часто сопряжено с техническими трудностями. Как следствие, широкое распространение получили методы компьютерного моделирования, среди которых наиболее часто применяемым является докинг. Было замечено, однако, что, хотя этот метод позволяет найти достоверную структуру комплекса, используемые методы оценки межмолекулярных взаимодействий белок—лиганд часто не позволяют выбрать ее среди прочих, неверных вариантов.

С целью повышения эффективности отбора конформаций лигандов, сгенерированных с помощью докинга, часто используют дополнительные, более точные, критерии ранжирования. Как правило, такие критерии учитывают характерные черты активного центра белка-мишени, или, реже, особенности строения лигандов. Это позволяет повысить эффективность отбора правдоподобных решений докинга по сравнению со стандартными функциями оценки.

Цель:

Аденозинтрифосфат (АТФ) является субстратом во многих биохимических реакциях в живой клетке. Изучение связывания этого лиганда с белком играет важную роль в понимании механизмов функционирования ферментов, а также при разработке новых лекарственных препаратов. Цели данной работы:

• изучение межмолекулярных взаимодействий, характерных для комплексов АТФ—белок;
• создание эффективного критерия для ранжирования результатов докинга АТФ.

Рис. 1. Характерные межмолекулярные взаимодействия в комплексах АТФ—белок, выявленные на основе анализа 50 экспериментальных структур высокого (< 3 Å) разрешения, доступных в Brookhaven Protein Data Bank.

Результаты:

Анализ 50 комплексов АТФ—белок высокого (< 3 Å) разрешения, доступных в базе данных белковых структур (Brookhaven Protein Data Bank) показал, что наиболее характерными для таких комплексов являются гидрофобные взаимодействия. Кроме того, важную роль играют также стэкинг аденинового основания с ароматическими остатками белка и водородные связи с участием аминогруппы аденина (Таблица I).

На основании этих данных была разработана функция оценки „ATP-SCORE“, представляющая собой линейную комбинацию термов межмолекулярного взаимодействия аденина с белком (весовые коэффициенты подобраны по ранжированию результатов докинга для 40 комплексов тренировочного набора). Наибольший вклад в линейной комбинации имеют гидрофобные взаимодействия. Для расчета гидрофобных/гидрофильных свойств молекул использовали метод молекулярного гидрофобного потенциала (МГП). Величину гидрофобных взаимодействий рассчитывали как произведение заглубленности и совпадения гидрофобных поверхностей молекул по следующим формулам (см. Рисунок 2):

• заглубленность = (S₂+S₃)/(S₁+S₂+S₃);
• совпадение = (S₂’’+S₃’’)/(S₂’+ S₂’’+S₃’+S₃’’).

Рис. 2. Гидрофобные взаимодействия между адениновым основанием АТФ и его центром связывания. (A) Гидрофобные (коричневый) и гидрофильные (синий) свойства АТФ-связывающего домена Са2+-АТФазы саркоплазматического ретикулума и молекулы АТФ. Стрелкой указан центр связывания аденина. Схема, иллюстрирующая расчет фактора заглубленности (Б) и фактора соответствия (В).

Для численной оценки стэкинг-взаимодействий и водородных связей использовали простые геометрические критерии (подробнее см. [Pyrkov et al., 2007]). Тестирование метода на 10 дополнительных комплексах также показало, что предложенная функция ATP-SCORE позволяет более эффективно ранжировать решения докинга, чем стандартная функция оценки (Таблица II).

Рис. 3. Распределение корректных и неверных решений докинга для 40 комплексов тренировочного набора по значениям функций ATP-SCORE и „goldscore“. При ранжировании по ATP-SCORE наблюдается более эффективное разделение корректных и неверных решений, чем при использовании „goldscore“.

© 2003–2007
batch2k.