BioScience Blog – Научный Биологический блог

Гидрофобное взаимодействие является одним из основных факторов, определяющих пространственную структуру белковой молекулы. Совокупность неполярных атомов белка, занимающих некоторую область пространства внутри молекулы, будем называть гидрофобным кластером. Как правило, среди гидрофобных кластеров белкового домена выделяется один самый большой, который называется гидрофобным ядром данного домена.

Для автоматического выявления гидрофобных кластеров (в частности, гидрофобного ядра) в заданной пространственной структуре белка или комплекса биологических макромолекул был создан ряд компьютерных программ (Swindells, 1995, Zehfus, 1995 и др.). В данной работе использована программа CluD (Alexeevski et al., 2004). Эта программа принимает на вход файл с пространственной структурой белка в PDB-формате, а также ряд параметров, в том числе список атомных групп, которые считаются неполярными. На выходе выдаётся набор гидрофобных кластеров данной структуры, причем для каждого кластера приводится список атомов, образующих данный кластер.

Целью работы является создание метода (компьютерной программы) для выявления консервативных гидрофобных кластеров семейства родственных белковых доменов. Известно, что консервативные (то есть сохраняющиеся у всех или большинства белков семейства) особенности структуры, как правило, наиболее важны с биологической точки зрения. В частности, можно ожидать, что аминокислотные остатки, принимающие участие в формировании консервативных кластеров, и в первую очередь консервативного гидрофобного ядра, важны для укладки доменов семейства.

Программа принимает на вход выравнивание последовательностей белков семейства. Структуры белков, при их отсутствии в текущей директории, автоматически скачиваются с сайта банка PDB. Для каждой структуры запускается программа CluD, и полученные гидрофобные кластеры отдельных структур сравниваются между собой в соответствии со входным выравниванием. На выходе получаем список консервативных кластеров, а также средства визуализации: сценарий для визуализатора пространственных структур RasMol и HTML-файл, представляющий исходное выравнивание, в котором остатки, принимающие участие в образовании разных консервативных кластеров, выделены разными цветами. Сценарий RasMol выделяет кластеры теми же цветами на изображении пространственной структуры белка.

Программа была протестирована на нескольких семействах белковых доменов. При сравнении гидрофобного ядра индивидуального домена, полученного программой CluD, и консервативного гидрофобного ядра того же домена, как правило, можно отметить большую компактность последнего — меньшее количество выступающих частей. Это, на наш взгляд, свидетельствует о том, что консервативное ядро представляет собой ту "основу" гидрофобного ядра, которая освобождена от "случайностей", то есть деталей, не имеющих решающего значения для укладки белковой глобулы.