Исследование конформационной изменчивости молекулярных шаперонинов GroEL/GroES в растворе методом малоуглового диффузного рассеяния рентгеновских лучей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат физико-математических наук Мельник, Богдан Степанович

• Мельник, Богдан Степанович
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Мельник, Богдан Степанович

I. Введение

II. Литературный обзор

1. Концепция шаперон-ассистируемого сворачивания белков.

1.1. Белки теплового шока

1.2. Белки семейства ИврбО и ЬврЮ (шаперонины).

2. Структура и функция олигомерных белков шаперонной системы 8 клеток Е.СоИ ОгоЕЬ и ОгоЕБ.

2.1. Структура ОгоЕЬ и ОгоЕБ по данным электронной 9 микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

2.2. Связывание полипептидных цепей с нежесткой третичной 12 структурой - одно из основных свойств ОгоЕЬ.

2.3. Связывание и гидролиз АТФ - основа реакционного цикла 21 ОгоЕЬ.

2.4. Формирование тройного комплекса ОгоЕЬ-ОгоЕБ- 23 полипептид.

3. Малоугловое диффузное рассеяние рентгеновских лучей и 28 нейтронов как метод исследования конформационной изменчивости белков в растворе.

III. Материалы и Методы

1. Объекты исследования и материалы.

2. Экспериментальное измерение малоуглового рентгеновского 31 рассеяния белков.

3. Метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей в растворе.

4. Расчет кривых малоуглового рентгеновского рассеяния белков 36 по данным рентгеноструктурного анализа.

5. Расчет кривых малоуглового рентгеновского рассеяния и 38 моделирование структуры олигомерных белков в растворе.

IV. Результаты и обсуждения

1. Структура ОгоЕБ в растворе.

2. Структура ОгоЕЬ в растворе.

3. Структура комплексов ОгоЕЬ с АТФ и АДФ в растворе.

4. Комплекс ОгоЕЬ с ненативным белком.

5. Комплекс ОгоЕЬ с ОгоЕБ.

VI. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование конформационной изменчивости молекулярных шаперонинов GroEL/GroES в растворе методом малоуглового диффузного рассеяния рентгеновских лучей»

Олигомерные белки теплового шока - 14-субьединичный "двухкольцевой" GroEL (800kDa) и 7-субъединичный "однокольцевой" GroES (70kDa) играют важную роль в процессах сворачивания и транспорта других белков в клетках E.coli, связываясь с ненативными конформационными состояниями белковых цепей и участвуя в их сворачивании. Благодаря этой функции они названы молекулярными шаперонами. Способность GroEL содействовать правильному сворачиванию других белков [Todd et al., 1995, Gray et al., 1991] делает привлекательным его использование в биотехнологии для реактивации вновь синтезируемых белков [Keresztessy et al., 1996]. Однако, сложная олигомерная структура GroEL и наличие ряда лигандов, участвующих в осуществлении его функции [Goloubinoff et al., 1989, Vitannen et al., 1990] затрудняют выяснение механизма его участия в процессе сворачивания белков. В этой ситуации может помочь исследование структурной организации GroEL в присутствии низкомолекулярных субстратов (ионов К и Mg , нуклеотидов АДФ и АТФ) а также при его взаимодействии с GroES и ненативным субстратом. Информацию о структуре белков в растворе можно получить несколькими методами, например ядерным магнитным резонансом (ЯМР), электронной микроскопией, а также рентгеноструктурными исследованиями. Однако эти методы не только очень трудоемки, но, к сожалению не всегда применимы. В частности методом ЯМР невозможно исследовать большие белки. Структура белка, полученная электронной микроскопией, может быть искажена из-за влияния подложки, а для рентгеноструктурных исследований не всегда удается получить кристаллы белков с лигандами. К тому же, неструктурированные субстраты не могут быть исследованы этим методом.

В данной работе мы исследовали структуру СгоЕЬ и ОгоЕБ, а также их комплекса в растворе, используя метод диффузного малоуглового рентгеновского рассеяния. Этот метод позволяет получать информацию об изменении общих размеров белков в растворе (радиус инерции белка). Однако если применить компьютерное моделирование, используя известные из кристаллографии координаты атомов белка, то возможности метода существенно расширяются, и оказывается возможным получить информацию о крупномасштабных изменениях в структуре белка. При моделировании использовались координаты атомов СтгоЕЬ и СгоЕБ известные из данных по рентгеноструктурному анализу этих белков в кристалле. Задача моделирования состоит в том, чтобы рассчитать кривые рассеяния, меняя некоторым образом предполагаемую модель, до получения наилучшего согласия рассчитанных от модели кривых рентгеновского рассеяния с экспериментально измеренными.

Проведенные в работе исследования позволяют приблизиться к пониманию природы субстрат-зависимого функционирования ОгоЕЬ как молекулярного шаперона, участвующего в процессе созревания белков в клетке. Показан масштаб конформационных изменений, происходящих в структуре ОгоЕЬ в процессе его функционирования в растворе.

II. Литературный обзор