Dr. Dror Tobi

Macromolecules

מבנים של מקרו-מולקולות

ד"ר דרור טובי

תרגיל 1 מבוא ל VMD

קבצי עבודה

רקע

תוכנת ה VMD הינה תוכנית להדמיה של מולקולות בכלל ומקרו-מולקולות הפרט. תוכנה זו נכתבה על ידי הקבוצה לביופיזיקה חישובית ותאורתי, בראשותו של Professor Klaus Schulten , באוניברסיטת אילינוי אשר נמצאת ב Urbana-Champaign. תוכנה זו ניתנת להורדה חינם מהאתר לעיל לאחר הרשמה. תוכנה זו תשמש אותנו במהלך הקורס להתבוננות ואפיון מקרומולקולות.

תרגיל

מטרת התרגיל הוא הכרות עם תוכנת ה VMD. בתרגיל זה נסתכל תחילה על מולקולת האספירין. מולקולה זו משמשת כבר זמן רב כמשכך כאבים ומוריד חום. בנוסף מולקולה זו ניתנת במינון נמוך כטיפול מונע להיווצרות כרישי דם.

בתגובה לפגיעה ברקמה תאים מפרישים פרוסטגלנדינים (prostaglandins). הפרוסטגלנדינים הינם הורמונים פרקריניים (מקומיים) הגורמים למספר תגובות כגון: הולכת סיגנל כאב, השפעה על מנגנון ויסות החום ההיפותלמי ועידוד התהליכי דלקת. התרומבוקסנים (Thromboxanes) אחראים לאגרגציה של טסיות דם (platelets) ולהיווצרות קרישים. תהליך הציקלואוקסיגנזה ( cyclooxygenase) המתווך על ידי האנזימים COX-1 ו COX-2 הינו תהליך מרכזי ביצירת פרוסטגלנדינים ותרומבוקסנים כפי שנראה בתמונה למטה.

תחילה נסתכל במולקולת האספירין.

התחילו את התוכנית VMD לפניכם יפתחו שלשה חלונות:

החלון הראשי VMD main- חלון זה משמש ופתיחת תפריטים שונים.

חלון התצוגה – בחלון זה מוצגות המולקולות.

וחלון שורת הפקודה – החלון זה ניתן לתת פקודות שונות לתוכנה על ידי הקלדתן ולחיצה על הכפתור Enter בנוסף חלון זה משמש את התוכנה להצגת אינפורמציה.

פתחו את הקובץ aspirin.pdb על ידי האופציה File ⇒New   מהחלון הראשי.

החלון הנראה למטה יפתח לפניך

על ידי הכפתור Browse בחר בקובץ aspirin.pdb ואז לחץ על בכפתור Load כעת מולקולת האספירין מוצגת החלון התצוגה. לעכבר המחשב ישנם שלשה מצבים:

  • סיבוב המולקולה rotation המתקבל על ידי לחיצה על המקש r
  • הזזה translation במתקבל על ידי לחיצה על המקש t
  • הגדלה או הקטנה scaling המתקבל על ידי לחיצה על הכפתור s

נסה את שלושת מצבים אלו. שים לב על סמן העכבר להיות בחלון התצוגה בעת הלחיצה על המקשים r , t או s.

  1. מצב נוסף מתקבל על ידי לחיצה על המקש 0 במצב זה לחיצה עם העכבר על אחר האטומים של המולקולה תציג מידע על אותו האטום בחלון שורת הפקודה. מהו סוג האטומים המוצגים בלבן? תכלת? ואדום?
  2. ציירו את המבנה הדו-ממדי של מולקולת האספירין.
  3. הקישו על המקש 2 כאשר סמן העכבר נמצא בחלון התצוגה. במצב זה ניתן למדוד מרחקי אטומים. לחץ עם העכבר על שני אטומי פחמן הקשורים אחד לשני בקשר קוולנטי. מהו אורך הקשר פחמן-פחמן?

כעת ננקה את התצוגה על ידי הקלדת הפקודה mol delete all בחלון הפקודות.

פתחו את הקובץ  1PTH.pdb בעזרת VMD. קובץ זה מתאר את מבנה החלבון  PROSTAGLANDIN H2 SYNTHASE-1  או ה COX-1 שנפתר ביחד עם אנלוג של האספירין (למידע נוסף ראה Loll P.J. et al ). מהחלון הראשי בחרו בתפריט Graphics ⇒Representations מיד יפתח לפניכם החלון המאפשר לעצב את הייצוג הגרפי של החלבון.

  • לחצו על הלשונית Draw style ובחלונית Coloring Method בחרו באופציה Chain. כעת כל שרשרת חלבון צבועה בצבע שונה.
  • לחצו על הלשונית Selections ולאחר מכן לחצו על הכפתור Create Rep וצורו רפרזנטציה חדשה. החליפו את הכיתוב all בחלונית Selected Atoms בכיתוב resname BRM or resname SAL ולחצו על בכפתור Apply .
  • לחצו על הלשונית Draw style בחלונית Coloring Method בחרו באופציה Element ובחלונית Drawing Method בחרו באופציה VDW. בצורת ייצוג זו האנלוג של אספירין מופיע במודל ממלא חלל (space filling model).

בשלב זה חלון ב Graphical Representation יראה בדומה לתמונה למטה.

  1. כמה מולקולות אנלוג האספירין נקשרים לחלבון?
  • לחצו שוב על חלונית ה Selections אחר על הכפתור Create Rep וצורו רפרזנטציה חדשה.
  • והחליפו את הכיתוב resname BRM or resname SAL בכיתוב resid 530 ולחצו על הכפתור Apply .כעת גם חומצת האמינו Ser 530 אשר נמצאת האתר הקטליטי של האנזים מופיעה במודל ממלא חלל.
  • לחצו פעמיים בעזרת העכבר על הרפרזנטציה בכללית של החלבון (ראה ציור למטה חץ אדום) וכבו אותה (לחיצה כפולה בעזרת העכבר על הרפרזנטציה תדליק אותה שוב).
  1. התבוננו היטב הן באנלוג של אספירין והן בחומצת האמינו Ser530 האם תוכל להסביר את הריאקציה הכימית שחלה בין האנלוג לבין Ser530?
  • על מנת שתוכלו להבחין טוב יותר בפרטים הביאו את אחד מצמדי המולקולה אל מרכז החלון לחצו על האות c קיצור לפקודה center ובחרו באחד האטומים של המולקולות אטום זה יהפוך למרכז הסיבוב.
  • החזירו את העכבר למצב רוטציה על ידי לחיצה של המקד r ושנה את התצוגה של המולקולות BRM , SALו Ser530 לתצוגת קו. חלון הרפרזנטציה צריך להראות כך:

  1. כיצד נוצרו המולקולות BRM ו SAL מאספירין?
  2. מהו המרחק בין הפחמן Cb של Ser530 לבין מולקולת החמצןO2 של מולקולת BRM (העזר במקשים 1 ו 2 כדי לזהות את האטומים הללו ולמדוד את המרחק בעזרת העכבר). מהי הסיבה לאורך קשר זה?
  3. האם תוכלו להסיק מהו מנגנון הפעולה של האספירין?

חומצות אמינו

קבצי עבודה

מבוא

החלבונים הינם פולימרים של חומצות אמינו (מונומרים). רצף חומצות האמינו הוא אשר קובע את מבנה החלבון ותפקידו. לדוגמא חלבונים מסוימים מתקפלים למבנה גלובולרי בעל אתר קטליטי המסוגל להאיץ ריאקציה כימית ואחרים מתקפלים למבנים מאורכים המשמשים שלד התא.

חומצות האמינו (20 במספר) היוצרות את מגוון החלבונים הרחב בנויות משלד כימי זהה (ראה תמונה 1). מרכזו של שלד זה הוא הפחמן (Ca) ממנו יוצאת השרשרת הצדדית (R) אטום מימן (H), קבוצת אמינו (NH2), וקבוצת קרבוקסיל (COOH).

שרשור חומצות האמינו נעשה בראקציית דחיסה בה נוצר קשר קוולנטי בין הקבוצה קרבוקסילית של חומצה אמינית לקבוצה האמינית של חומצה אמינית שכנה תוך שחרור מולקולת מים.

הקבוצות  (כימיות) פונקציונאליות שונות מרכיבות את השרשרות הצדדיות את השלד הפוליפפטידי של החלבון ומעניקות לכל חומצה אמינית את אופי הכימי הייחודי לה.

קבוצות פונקציונליות

  • א. הקבוצה הקרבוקסילית  – קבוצה זו טעונה במטען שלילי ב pHפיזיולוגי ויכולה להשתתף בקשר אלקטרוסטאטי ובקשר מימני.
  • ב. הקבוצה האמינית – קבוצה זו טעונה במטען חיובי  ב pHפיזיולוגי ויכולה להשתתף בקשר אלקטרוסטאטי ובקשר מימני.
  • ג. הקבוצה האימידזולית – ב pHפיזיולוגי חציה יהיה טעון מטען חיובי וחציה לא.
  • ד. הקשר הפפטידי – יכול להשתתף בקשר מימני.
  • ה. הקבוצה הסולפידרילית – יכולה ליצור קישרי S-S.
  • ו. – קבוצות פחממניות – קבוצות אלו נקראות גם קבוצות הידרופוביות עקב נטייתם להצטופף יחד בסביבה מימית.

תרגיל

התבוננו בעשרים חומצות האמינו (ראו קובץ עבודה) וענו על השאלות הבאות:

  1. אלו מחומצות האמינו הינן פולאריות?
  2. אלו חומצות אמינו טעונות במטען שלילי ואלו במטען חיובי בתנאים פיזיולוגים?
  3. איזו חומצה אמינית יכולה ליצור קשרי S-S?
  4. מהו המבנה של חומצת האמינו ליזין?

זוויות פיתול

זווית פיתול נוצרת בין ארבעה אטומים אשר המחוברים אחד לשני בשרשרת בקשר קוולנטי (ראה בתמונה זווית הפיתול הנוצרת בין האטומים A, B, C, וD)

בשרשרת פוליפפטידית מוגדרים שלשה זוויות פיתול:

  • זווית הפיתול psi שסימנה y  מוגדרת של ידי האטומים: N-C-Ca-N.
  • זווית הפיתול phi שסימנה f מוגדרת של ידי האטומים: C-Ca-N-C.
  • זווית הפיתול  omega שסימנה w מוגדרת של ידי האטומים: O-C-N-H.

תרגיל

הפפטיד Met-enkephalin-1 מורכב מרצף חומצות האמינו YGGFM. הורד את הקובץ  אל שולחן העבודה. פתח את הקובץ metenk.pdb בעזרת התוכנית VMD והתבוננו בפפטיד.

  1. מהם זוויות הפיתול phi psiו omega של חומצת האמינו הרביעית של הפפטיד Phe?

חומצות האמינו והאיזומר האופטי

מולקולה אשר איננה ניתנת לחפיפה עם תמונת הראי שלה מוגדרת כבעלת מרכז כיראלי ונקראת כאננטיומר או איזומר אופטי. אטום פחמן טטרהדראלי בעל ארבעה מטמירים שונים משמש כמרכז כיראלי. רוב חומצות האמינו הינם בעלי אטום Ca כיראלי וקיימות כשני איזומרים אופטיים ה D וה L. הרוב המוחלט של החלבונים הטבע מורכב מחומצות אמינו מסוג L.

תרגיל

  1. פתחו את הקובץ ALA.pdb אותו בעזרת התוכנית VMD.  לפניכם מוצגת חומצת האמינו Ala. סדרו אותה כך שהקבוצה האמינית תהייה בצד ימין, הקבוצה הקרבוקסילית בצד שמאל והמימן היוצא מהאטום Ca יפנה כלפיכם. להיכן פונה השרשרת הצדדית?
  2. כעת פיתחו את הקובץ DALA.pdb יש לבחור באופציה New Molecule בחלון Molecule File Browser לפני העלאת הקובץ. סדרו שוב את המולקולות באותו אופן. השוו בין שני האננטיומרים. ניתן להסתיר ולהציג מראה מולקולה על ידי סימון המולקולה בחלון VMD main ובחירה מתפריט Molecule באופציה Toggle Displayed. מהו ההבדל בין חומצה אמינית מסוג L וחומצה אמינית מסוג D ?

נקו את התצוגה על ידי הקלדת הפקודה  mol delete all בחלון הפקודות.

  1. פתחו את הקובץ A.pdb בתוכנית VMD. בחלון הרפרזנטציות צרו רפרזנטציה נוספת ובחרו ב NewCartoon ו Drawing Method מהו המבנה השניוני של חלבון זה? מהן זוויות phi ו psi  של חומצות האמינו Leu17 ו Gln18? 
    (העזרו באופציה Extensions ¬ Analysis  ¬ Sequence Viewer על מנת לזהות חומצות אמינו אלו)
  2. על ידי האופציה Extensions¬ Analysis ¬ Ramachandran Plot צרו מפת רמצנדרן מה מפה זו מתארת? לחצו על הכפתור Create 3-d Histogram והתבוננו בחלון בתצוגה. מה תוכלו להגיד על התפלגות זוויות הפיתול של מבנה שניוני זה.

נקו את התצוגה על ידי הקלדת הפקודה  mol delete all בחלון הפקודות.

  1. פתחו את הקובץ B.pdb בתוכנית VMD. בחלון הרפרזנטציות צרו רפרזנטציה נוספת ובחרו ב Drawing Method באופציה NewCartoon  מהו המבנה השניוני העיקרי של חלבון זה? מהן זוויות phi ו psi  של חומצות האמינו Thr44 ו Asn47?
  2. על ידי האופציה Extensions¬ Analysis ¬ Ramachandran Plot צור מפת רמצנדרן. מה מפה זו מתארת? לחצו על הכפתור Create 3-d Histogram והתבוננו בחלון בתצוגה. מה תוכלו להגיד על התפלגות זוויות הפיתול של מבנה שניוני זה?

קריסטלוגרפיה של חלבונים 

קבצי עבודה

מטרת התרגיל היא הכרה ואפיון מבנה הגביש של הפפטיד NNQQ . מבנה פפטיד זה נקבע על ידי קריסטלוגרפיה בקרני X על יד  Sawaya M.R. et al.

רקע תאורתי

גביש החלבון נוצר בתהליך איטי בו מולקולת חלבון הנמצאת בממס נספחת לפני שטח הגביש, הגודל תוך אימוץ אוריינטציה ומבנה (קונפורמציה) אופטימליים להיווצרות הגביש. קשרים כימיים הנוצרים בין מולקולות הגביש מייצבים אותו. הגביש נוצר מיחידות קטנות הנקראות יחידות תא (cell units). במקרה של הפפטיד NNQQ ישנם ארבעה מולקולות בכל יחידת תא. כל מולקולה מתייחסת לחברתה על ידי פעולת סימטריה פשוטה, כך שלמעשה כל מולקולה מרגישה סביבה זהה לזו של חברתה. במקרה זה יאמר על כל מולקולה שהיא נמצאת ביחידה הא-סימטרית. הנקודה החשובה היא שכל מולקולה נמצאת באותו מבנה יוצרת את אותה קבוצת אינטראקציות עם המולקולות השכנות לה (אם כי קיימים מקרים חריגים בהם כלל זה לא מתקיים).

תרגיל

הקובץ 2OLX.pdb מכיל את היחידה האסימטרית של הפפטיד NNQQ. פתחו את הקובץ בעזרת התוכנה VMD והתבוננו במבנה הפפטיד.

  1. מהם זוויות phiו psi של חומצות האמינו ASN2 ו GLN3 ?
  2. איזה מבנה שניוני מאופיין על ידי חומצות אמינו אלו ?
    התבונן בזויות בפיתול של חומצות אמינו אלו על רקע מפת הרמצנדרן (Ramachandran map)על ידי שימוש בפקודה Analysis ⇒ Ramachandran Plot מתוך התפריט Extensions בחלון VMD main של התוכנית.

נקו את התצוגה של התוכנית VMD על ידי הקלדת הפקודה mol delete all בחלון הפקודות.

כעת  פתחו את הקובץ 2 OLX_unitcell.pdb  קובץ זה מכיל יחידת תא מהגביש של הפפטיד NNQQ והתבוננו בארגון יחידת התא.

  1. מכמה יחידות א-סימטריות של הפפטיד מורכבת יחידת התא?

מהתפריט Graphics אשר בחלון VMD main לחצו על הפקודה Representations. לפניכם יפתח החלון Representation לחצו על הכפתור Create Rep ואז על הלשונית Selections אשר מופיעה מתחת לחלונית Selected Atoms. החליפו את הכיתוב all בחלונית Selected Atoms בכיתוב name CL ולחצו על הכפתור Apply . לחצו על הלשונית Draw style ובחר באופציה VDW ב Drawing method . בחלונית Sphere scale בחרו בערך 0.5 וללחצו על הכפתור Apply . התבוננו כעת בחלון התצוגה, שמונת הכדורים המופיעים מסמנים קדקודים של תיבה. תיבה זו היא גבול יחידת התא.

החזיקו את סמן העכבר בתוך חלון התצוגה ולחץ על המקש ‘0’ (אפס), סמן העכבר שינה את צורתו לקו אנכי. במצב זה לחיצה על אחת המולקולות תגרום להדפסת מידע על מולקולה זו בחלון הפקודות. אחד מפריטי המידע שמופיעים הוא שם השרשרת (chain). זהו את המולקולה המסומנת כ chain A ואת המולקולה המסומנת כ chain B.

  1. מהי פעולת הסימטריה הדרושה כדי לעבור משרשרת Aל B? 

החזיקו את סמן העכבר בתוך חלון התצוגה ולחצו על המקש ‘r’ כדי להחזיר את העכבר למצבו הקודם.

פתחו את חלון ה Representation ולחצו על הכפתור Create Rep ואז על הלשונית Selections אשר מופיעה מתחת לחלונית Selected Atoms. החליפו את הכיתוב name CL בחלונית Selected Atoms בכיתוב all ולחצו על הכפתור Apply . 

  1. לחצו על הלשונית Draw style ובחרו באופציה Hbonds ב Drawing method . בחרו בערך 3.6 עבור הפרמטר Distance Cutoff ובערך 66 עבור הפרמטר Angle Cutoff. התבוננו בחלון התצוגה מה לדעתכם מיצגים הקווים הכחולים המקווקווים? מה הקשר בין תשובתכם זו לתשובה על סעיף 2? כיצד לדעתכם נוצר הגביש?

נקו את התצוגה של התוכנית VMD על ידי הקלדת הפקודה mol delete all בחלון הפקודות.

שמרו את הקובץ  2OLXcrys.pdb במחשבכם ופתחו אותו בעזרת VMD. פתחו את חלון ה Representation  לחצו על הלשונית Draw style ובחלונית Coloring Method בחרו באופציה Chain. בחלון התצוגה מופיע מקטע מגביש הפפטיד כאשר כל יחידת תא צבועה הצבע שונה.

  1. כמה יחידות תא ישנם במקטע הגביש?

נקה את התצוגה של התוכנית VMD על ידי הקלדת הפקודה mol delete all בחלון הפקודות.

שמרו את הקבצים  2OLXmd.gro ו  md_0_1_noPBC.xtc במחשבכם. פתחו את הקובץ 2OLXmd.gro בעזרת התוכנית VMD. השאירו את החלון Molecule File Browser פתוח. התבוננו בתצוגה הגרפית קובץ זה מראה את החלבון בתוך טיפה של מים.

  1. מה היא צורת טיפת המים? האם מבנה הפפטיד דומה לזה שבקובץ pdb המכיל את היחידה האסימטרית?

לחצו בחלון Molecule File Browser על הכפתור  Browse  ופתחו את הקובץ md_0_1_noPBC.xtc כפי שנראה בתמונה

לחצו על הכפתור Load והתבוננו בתצוגה הגרפית כעת אתם רואים סימולציית מחשב של הפפטיד במים. בחלון ה VMD main שנו את מהירות תצוגת הסימולציה לנמוכה, את תצוגת הסימולציה למצב once ואת סרגל הסימולציה למצב התחלתי (כפי שמסומן בתמונה למטה עם החיצים הכתומים) ולחצו על כפתור ה PLAY (ראו חץ כחול).

פתח את חלון ה Representation לחצו על הלשונית Selections והחליפו את הכיתוב all בחלונית Selected Atoms בכיתוב protein ולחצו על הכפתור Apply (ראו תמונה). כעת מוצג הפפטיד בלבד ללא המים.

התבוננו בסימולציה שוב.

  1. האם לפפטיד בסביבה המימית יש קונפורמציה אחת או יותר? אם יש מספר קונפורמציות האם הן שונות או דומות? מהי הסיבה לכך לפי דעתכם?
  2. לאור התשובה הקודמת, האם ישנו תשלום אנרגטי במעבר של הפפטיד מסביבה מימית לגביש? הסבירו

בהצלחה

מאגרי מידע של חלבונים

קבצי עבודה

מבני החלבונים יכולים לקבע המספר שיטות:

  • קריסטלוגרפיה זוהי השיטה העיקרית לקביעת מבני חלבון (עליה למדנו בשיעור שכבר)
  • NMR או בשמה המלא Nuclear Magnetic Resonance
  • Cryogenic electron microscopy

מדענים אשר רוצים לפרסם עבודה מדעית הכוללת פענוח מבנה מקרומולקולה חייבים תחילה להפקיד מבנה זה במאגר המידע ה Protein Data Bank  או בשמו המקוצר הPDB . מאגר מידע זה הינו פתוח ונגיש לכל אחד.

תרגיל

מטרת התרגיל היא הכרות עם ה Protein Data Bank

פתחו את אתר ה PDB על ידי שימוש בקישור למעלה. לפניכם אתר השער של מאגר המידע.

  1. כמה מבנים פתורים של מקרומולקולות מכיל האתר?

דף הבית של ה PDB כולל סרגל חיפוש (כפי הנראה בתמונה למטה) המאפשר חיפוש מולקולות לפי מילות מפתח, קוד PDB , ושם מחבר . קוד ה PDB הינו רצף של ארבעה תווים (אותיות וספרות) המזהה האופן חד-חד ערכי את מבנה המקרומולקולה בבסיס הנתונים.

חפשו באתר ה PDB את מבנה החלבון בעל קוד ה  1AEW על ידי הקלדת הקוד בסרגל החיפוש. דף החלבון יפתח לפניכם. התבונן בתמונת החלבון המופיעה בצד שמאל של הדף (ראה תמונה למטה).
לחצו על החיצים < Biological Assembly 1  > מעל מבנה החלבון ועברו בין ה Biological Assembly כלומר מבנה היחידה הביולוגית ל Asymmetric Unit מבנה היחידה האסימטרית.

  1. האם תוכל לומר מכמה יחידות אסימטריות מורכבת המולקולה? (אנו נחזור לשאלה זו בהמשך)
  2. באלו מקרים לדעתך היחידה האסימטרית אינה היחידה הביולוגית?
  3. אלו ניסיונות ניתן לבצע על מנת לאפיין (גודל, מספר שרשרות) את היחידה הביולוגית ?

בתפריט המופיע מעל למבנה החלבון בחרו באופציה 3D View . התבוננו הן במבנה היחידה הביולוגית והן היחידה האסימטרית.

  1. כמה יונים נמצאים המבנה היחידה הא-סימטרית? אלו יונים אלו? רמז: התבוננו בדך מבנה החלבון בתיאור תחת הכותרת Small Molecules

הורידו את קובץ רצף החלבון אל מחשבכם, הרצף נתון בפורמט Fasta . פתחו את הקובץ בעזרת עורך הטקסטים Notepad++. תארו את פורמט ה Fasta.

  1. מהם חמש חומצות האמינו הראשונות והאחרונות של החלבון?
  2. הורד למחשבך את קובץ הקואורדינאטות של החלבון הנתון בפורמט PDBעל ידי בחירה בתפריט Download Files à PDB format. פתחו קובץ זה בעזרת התוכנית VMD .
  3. האם הקובץ מכיל את מבנה היחידה האסימטרית או את המולקולה הביולוגית?

פתח את הקובץ  1AEW.pdb בעזרת Notepad++ והסתכלו בקובץ. חלקו הראשון של הקובץ ה header מתאר באופן כללי את המולקולה ואת ניסיון הקריסטלוגרפיה ואילו חלקו השני מביא את קואורדינאטות המבנה. כל שורה מתחילה במילת מפתח המתארת את תוכן השורה. הטבלה למטה מסכמת בקצרה את חלק ממילות המפתח. תיאור מפורט יותר ניתן למצוא באתר ה PDB .

COMPND

Description of macromolecular contents of the entry.

CRYST1

Unit cell parameters, space group, and Z.

END

Last record in the file.

ENDMDL

End-of-model record for multiple structures in a single coordinate entry.

EXPDTA

Experimental technique used for the structure determination.

HEADER

First line of the entry, contains PDB ID code, classification, and date of deposition.

HETATM

Atomic coordinate records for nonstandard groups.

KEYWDS

List of keywords describing the macromolecule.

MODEL

Specification of model number for multiple structures in a single coordinate entry.

REMARK

General remark or comment

SEQRES

Primary sequence of backbone residues.

SOURCE

Biological source of macromolecules in the entry.

TITLE

Description of the experiment represented in the entry.

AUTHOR

List of contributors.

ATOM

Atomic coordinate records for standard groups.

ענו על השאלות הבאות:

8.1 מהו שם החלבון? ולאיזה אורגניזם הוא שייך?

8.2 כיצד הופק החלבון?

8.3 באיזו שיטה נקבע מבנה החלבון (X-ray, NMR או cryo-EM) ?

8.4 מי הם המדענים אשר קבעו את מבנה החלבון?

8.5 מהי רזולוציית המבנה?

8.6 מהן קואורדינאטות ה (x, y, z) של פחמן aC של חומצת האמינו Ser6 ?

8.7 אילו קבוצות כימיות או אטומים לא סטנדרטיים (לא אחד מ 20 חומצות האמינו הרגילות) מופיעים במבנה זה ?

הורידו לתיקיית  Documents שבמחשבכם את הקובץ המתאר את היחידה הביולוגית על ידי הפקודה Download files à Biological assembly 1. קובץ זה דחוס בפורמט gzip ויש תחילה לפתוח אותו (unzip) תוך שימוש בתוכנית 7Zip. פתחו את הקובץ  1AEW.pdb1 בעזרת Notepad++. הסתכלו בקובץ בתחילת שורות ה ATOM מופיע הכיתוב MODEL 1 .

  1. כמה מודלים כאלו מופיעים בקובץ? מה הקשר בין MODEL 1לבין הקובץ המקורי 1AEpdb1?

הורידו את התוכנית format.exe לתיקיית student . שימו לב שתוכנית זו נמצאת באותה תיקייה בה נמצא הקובץ 1AEW.pdb1. פתחו את חלון הפקודה של Windows על ידי שימוש בà Run  Start   והקלדת הפקודה cmd כפי הנראה מטה.

עברו לתיקיה  student  והקלידו את הפקודה formatPDB.exe 1AEW.pdb1 1AEW_f.pdb כפי הנראה מטה.

קובץ חדש נוצר בתיקיה הקובץ  1AEW_f.pdb. קובץ זה למעשה זהה לקובץ  1AEW.pdb1 רק שכל מודל מיוצג כעת על ידי סימול שרשרת שונה. פתחו את הקובץ בעזרת התוכנית VMD. הצג את החלבון על ידי שימוש ב NewRibbons ובחר בשיטת הצביעה לפי chains כפי הנראה מטה.

  1. מהו המבנה הכללי של המולקולה הביולוגית? מכמה שרשרות היא בנויה?
  2. אתר ה PDBמציג קישורית לתקציר (Abstract) המאמר המתאר את מבנה המולקולה. האם תוכלו להסביר מהו תפקיד המולקולה וכיצד מבנה החלבון מאפשר תפקיד זה?

בהצלחה

מבני חלבונים פשוטים (Globular protein)

קבצי עבודה

המונח חלבונים פשוטים או Globular proteins מתייחס לחלבונים הנמצאים בסביבה מימית בתא. רבים מחלבונים אלו הם מעלי מבנה גלובולרי. חלבונים אלו כמו שאר חלבוני התא מאופיינים על ידי מבנים שניוניים (secondary structures) שלישונים (tertiary structures) ורבעוניים (quaternary structures).

 

תרגיל

מטרת התרגיל היא הכרות עם מבני חלבונים פשוטים

הורידו את הקובץ  5MBN.pdb אל מחשבכם. פתחו את הקובץ בעזרת עורך הטקסטים Notepad++ והסתכלו בשורות המתחילות במילה HELIX.

  1. כמה הליקסים מכיל חלבון זה?
  2. השלימו את הטבלה למטה.

Helix Name

Start

End

A

3

18

   
   
   
   
   
   

פתחו את הקובץ בעזרת התוכנית VMD. בעזרת הפקודות  Representation  ⇒ Graphics  שנו את ה Coloring Method ל ResType התבוננו בחלבון. פתח את החלון Graphics à colors   והתבוננו בקטגוריה Restype 

  1. מהו מפתח הצבעים לפיו נצבעו חומצות האמינו?
  2. לאלו חומצות אמינו יש נטיה להיות כל פני שטח החלבון (protein surface) ? לאלו חומצות אמינו יש נטייה להיות בתוך החלבון (protein core) ?

בחלון ה Graphical Representation צרו רפרזנטציה נוספת. שנה את ה Drawing Method ל NewCartoon כנראה מטה. הפקודה Externsions ⇒ Analysis ⇒ Sequence Viewer   פותחת חלון המאפשר להתבונן ברצף החלבון. הסתכלו בהליקס G ואפיינו אותו

  1. מהו הרצף של הליקס זה
  2. התבונן בהליקס במבט מלמעלה כיצד חומצות האמינו שלו מסודרות? כיצד נקרא סוג זה של הליקס?

נקו את שטח העבודה של התוכנית VMD על ידי הקלדת הפקודה mol delete all בחלון שורת הפקודה. הורידו את הקובץ helixh.pdb אל מחשבכם ופתחו אותו בעזרת התוכנית VMD. בעזרת החלון Graphical Representation שנה את ה Drawing Method ל Tube. צרו עוד רפרזנטציה ובלשוניתSelections  שנו את הכיתוב ל all not sidechain ולחצו על הכפתור Apply. בלשונית Draw Style שנו את ה Drawing Method ל Lines כרגע אטומי השלד של הפפטיד מוצגים על מבנה ההליקס. צרו עוד רפרזנטציה ושנו את ה Drawing Method ל HBonds, שנו את ה Distance cutoff ל 3.6 ואת ה Angle Cutoff ל 42. חלון Graphical Representations צריך להראות כנראה בתמונה למטה.

  1. מהם (ערכו רשימה)  קשרי המימן המיצבים את מבנה ההליקס?

נקה את שטח העבודה של התוכנית VMD על ידי הקלדת הפקודה mol delete all בחלון שורת הפקודה. הורידו את הקובץ  1SW0A.pdb אל מחשבך ופתחו אותו בעזרת התוכנית VMD. מבנה זה מציג בפניכם את ה   a/b Barrel Domain .תארו דומיין זה בפרטים.

  1. מאלו יחידות חוזרות בנוי הדומיין? כיצד מאורגן המבנה השלם?  איזה סוג b-sheetמוצג שם?

חלבונים ממברנליים (membrane protein)

קבצי עבודה

תאים ואורגנלות מוקפים בממברנה חצי חדירה (semipermeable lipid bilayer) התוחמת אותם. ממברנת התא הינה דקה מאד (כ 4.5nm) ומורכבת מפוספוליפידים וחלבונים. הפוספוליפידים יוצרים מבנה דו שכבתי הידרופילי כלפי חוץ והידרופובי כלפי פנים. מולקולות חלבון שוכנות בתוך מבנה זה או נספחות אליו מבחוץ.

תרגיל

מטרת התרגיל היא הכרת החלבון הממברנלי Gramicidin A.

שמרו את הקובץ  1JNO.pdb במחשבכם ופתחו אותו בעזרת התוכנית VMD.

  1. התבוננו במבנה החלבון מה הוא תפקידו לדעתכם?
  2. מהו המבנה השניוני של החלבון?
  3. האם חומצות האמינו של החלבון פונות כלפי פנים או כלפי הממברנה?
  4. איזו חומצה אמינית עיקרית נמצאת בקצה החלבון בתווך שבין הממברנה למים?
  5. בעזרת הפקודה Extensions à Analysis à Sequence Viewer התבוננו ברצף החלבון.
  6. מכמה שרשראות בנוי ה Gramicidin A?
  7. מהו רצף החלבון?
  8. מהן חומצות האמינו הלא סטנדרטיות מהן מורכב החלבון? פתח את הקובץ בעזרת עורך הטקסטים Notepad++והסתכלו בתיעוד המבנה כדי לברר את המשמעות/שם מלא של חומצות אמינו אלו
  9. מהו המבנה של חומצת האמינו ETA ?
  10. התבוננו בחלל התעלה שיוצר החלבון האים הוא הידרופובי או הידרופילי? מהן הקבוצות הכימיות היוצרות חלל זה?

צרו רפרזנטציה נוספת של החלבון. בחרו באופציה Element בחלונית Coloring Method ובאופציה Surf בחלונית Drawing Method. בחלוניתRepresentation Method  בחרו באופציה Solid Surface ובערך 1.0 עבור Probe Radius. חלון הרפרזנטציה צריך להראות בדומה לתמונה מטה.

התבוננו בשטח הפנים של התעלה.

  1. האם הצד החיצוני של התעלה הידרופילי או הדרופובי? האם פנים התעלה הידרופילי או הידרופובי? מהו המטען העיקרי הפתח התעלה חיובי או שלילי? אילו יונים לדעתך מוליכה התעלה קטיונים (יונים טעונים חיובי) או אניונים (יונים טעונים שלילי)?
  2. חלבון ה Gramicidinהינו חלבון אנטיביוטי המופרש בטבע מהבקטריה Bacillus brevis הנמצאת בקרקעהחלבון פעיל במיוחד כנגד חיידקי גרם חיוביים. הסבירו כיצד החלבון מסיג את פעולתו תוך התייחסות לסעיפים הקודמים.

בתמונה למטה מופיעים רישומי מוליכות  (single-channel recording) לתעלת ה  Gramicidin A מתוך העבודה של  Goulian el al Biophysical Journal (1998) 74 328–337

התמונה בהגדלה ( 132-140 שניות) מציגה אירועי פתיחה וסגירה של שני תעלות Gramicidin.

  1. מהו לדעתך המנגנון בו התעלה נפתחת ונסגרת?

בהצלחה

אנזימים מבנה ופעילות

קבצי עבודה

שנת 1946 ניסח Linus Pauling את העיקרון הבסיסי המתאר את הקטליזה האנזימטית:

“In order to catalyze a reaction an enzyme must recognize the transition state in a selective way, i.e. it must stabilize it better than the substrate”

תרגיל

מטרת התרגיל היא הכרה של האנזים Adenylate kinase והבחנה בשינויי המבנה החלים באנזים במהלך פעילותו. האנזים Adenylate kinase מאיץ את הריאקציה:

ATP·Mg2+ + AMP ↔ Mg2+ + ADP + ADP

בה מועברת קבוצת פוספט בין AMP ו ATP.

הורידו את הקובץ  2AKYA.pdb למחשבכם ופתחו אותו בעזרת התוכנית VMD. מבנה זה מתאר את האנזים Adenylate Kinase ממקור שמרי (yeast)  שגובש ביחד עם המעכב Ap5A.

התבוננו במבנה החלבון. פתחו את חלון הרפרזנטציה, לחצו על הכפתור Create Rep  וצרו רפרזנטציה חדשה. החליפו את הכיתוב all בכיתוב resname AP5 ולחצו על הכפתור Apply. לחצו עם העכבר לחיצה כפולה על הרפרזנטציה המקורית וכבו אותה. חלון הרפרזנטציה צריך להראות כפי הנראה בתמונה למטה.

בחלון התצוגה יופיע רק מבנה המעכב.

  1. מהו מבנה מולקולת המעכב (צייר ציור דו-מימדי).
  2. מה הקשר בין מבנה המעכב לבין מולקולות ה ATPוה AMP?

מבנה מולקולת ATP

  1. האם מעכב זה יכול לדמות את מצב המעבר של האנזים?
  2. מדוע לדעתכם גובש האנזים עם המעכב ולא עם הסובסטרט הטבעי שלו?

צרו רפרזנטציה נוספת. שנו את הכיתוב ל within 5 of resname AP5 רפרזנטציה זאת מראה את חומצות האמינו הנמצאות במרחק של עד  5Å מהמעכב. צרו רפרזנטציה הוספת זהה לנוכחית ושנו את ה Drawing Method ל HBonds , את Coloring Method ל ColorID ובחרו בצבע orange.

  1. מהם הקשרים המייצבים את קומפלקס ערוך רשימה?
  2. מהו תפקיד ה Arg128?

צרו רפרזנטציה נוספת. שנו את הכיתוב ל type MG ובחר באופציה VDW ב Drawing Method וב Coloring Method בחרו בצבע לבן.

  1. מהו לדעתך תפקיד ה +Mg2?

נקו את התצוגה של התוכנית VMD על ידי הקלדת הפקודה  mol delete all בחלון הפקודות

הורידו את הקובץ  1AKEA.pdb אל מחשבכם ופתחו אותו בעזרת התוכנית VMD. קובץ זה מתאר את מבנה ה Adenylate kinase מ E.Coli בנוכחות המעכב AP5A. התבוננו במבנה החלבון ובמעכב.

חלבון מורכב השלושה דומיינים:

  • CORE – residues: Met1 – Ieu29, Thr60-Val121, Q160-Gly214
  • NMPbind – residues: Ser30-Val59
  • LID – residues: Gly122 – Asp159

צרו רפרזנטציה חדשה שנו את הכיתוב בחלונית Selected Atoms ל:
  residue 0 to 28 or residue 59 to 120 or residue 159 to 113
בחלוניתDrawing Method  בחרו ב NewCartoon וצבעו אותו בצבע כחול באופן דומה צור את רפרזנטציות עבור המקטע  residue 29 to 58 ו  residue 121 to 158 וצבעו אותם בצהוב וירוק בהתאמה. את הרפרזנטציה המקורית שנו מ all ל resname AP5 ובחרו ב Draw Method באופציה Licorice. חלון הרפרזנטציות צריך להראות כפי הנראה בתמונה למטה.

התבונן בחלבון ובדומיינים השונים שלו.

כעת הורידו את הקובץ  4AKEA.pdb למחשבכם ופתחו אותו בעזרת התוכנית VMD. קובץ זה מתאר את מבנה החלבון ללא מעכב או סובסטרט. הציגו את חלבון זה ב NewCartoon וצבעו אותו בצבע לבן.

  1. מה הוא השינוי המבני שחל בין הקונפורמציה הפתוחה של החלבון (ללא סובסטראט) לבין הקונפורמציה הסגורה הקושרת סובסטראט? מדוע לדעתך חל שינוי זה?

בהצלחה

השוואה של מבני חלבונים

קבצי עבודה

מטרת התרגיל היא השוואה בין מבנה המוגלובין החופשי לבין מבנהו לאחר קישור ליגנד והבנת רצף האירועים המתרחשים בעקבות קישור הליגנד.

תרגיל

ההמוגלובין (Hemoglobin Hb) הינו חלבון אלוסטרי הקושר חמצן O2. החלבון מורכב מארבע שרשראות שני שרשראות a ושני שרשראות b. כל שרשרת מכילה אתר קישור למולקולת חמצן אחת. קישור חמצן להמוגלובין הוא קואופרטיבי חיובי, כלומר קישור מולקולת חמצן לאחד מאתר הקישור מעלה את האפיניות של שאר אתרי הקישור לחמצן (ראה עקומת הסטורציה של ההמוגלובין).

כל שרשרת בחלבון ההמוגלובין בנויה משמונה הליקסים הנקראים  A-H . גבולות הליקסים אלו מוצגים בכיתוב מטה שנלקח מתוך הקובץ  1BBB.pdb .

HELIX 1  AA SER A 3   GLY A  18 
HELIX 2  AB HIS A 20  SER A  35 
HELIX 3  AC PHE A 36  TYR A  42 
HELIX 4  AD HIS A 50  GLY A  51 
HELIX 5  AE SER A 52  ALA A  71 
HELIX 6  AF LEU A 80  ALA A  88 
HELIX 7  AG ASP A 94  HIS A 112 
HELIX 8  AH THR A 118 SER A 138 
HELIX 9  BA THR B 4   VAL B  18 
HELIX 10 BB ASN B 19  VAL B  34 
HELIX 11 BC TYR B 35  PHE B  41 
HELIX 12 BD THR B 50  GLY B  56 
HELIX 13 BE ASN B 57  ALA B  76 
HELIX 14 BF PHE B 85  CYS B  93 
HELIX 15 BG ASP B 99  HIS B 117 
HELIX 16 BH THR B 123 HIS B 143 

הורידו את קובץ ההמוגלובין  1A3N.pdb למחשבכם, פתחו אותו בעזרת התוכנית VMD , והתבונן בקובץ. קובץ זה מראה את מבנה החלבון בצורתו החופשית (ללא ליגנד) . פתחו את חלון הרפרזנטציה ובחרו בחלונית Selections , התבוננו באפשרויות שנמצאות מתחת ל Keywords ובחרו באפשרות  chainוהתבוננו בערכים המתקבלים תחת Value.

  1. כמה שרשרות יש לחלבון זה?

צרו רפרזנטציה חדשה, מחקו את הכיתוב all לחצו פעמיים על האופציה chain ועל הערך A. כעת בחרתם בשרשרת A של החלבון. הציגו שרשרת זו כ NewCartoon בצבע כחול. באותו אופן הציגו את שרשרות B, C, ו D וצבעו אותן באדום, ירוק, וצהוב בהתאמה.

  1. מה מייצגת השרשרת X?

שרשרת  A ושרשרת B הינם השרשרות   a1 ו b1 של החלבון. ואילו השרשרות C ו D הינן השרשרות a2 ו b2 של החלבון.

צרו רפרזנטציה חדשה, בחלונית ה Selections תחת Keywords בחרו באופציה resname וב Value בחרו בקבוצת ה Heme של החלבון. הציגו אותה תוך שימוש ה Drawing Method באופציה Licorice וב Coloring Method ובאופציה Element.

  1. כמה קבוצות Heme ישנם בחלבון?
  2. התבונן היטב בקבוצה זו מהו האטום הנמצא במרכז הקבוצה. כיצד הוא קשור אליה? האם אטום זה נמצא המישור הטבעת הקושרת אותו?
  3. בחרו ב His87 של שרשרות ה a וב His92 של שרשרות ה b תוך שימוש בבחירה:
    residue 87 or residue 232 or residue 373 or residue 518.
    כיצד חומצות אמינו אלו קשורות לקבוצת ה Heme?
  4. כיצד קשורה קבוצת ה Heme לחלבון? (היעזרו בפקודת הבחירה within 8 of resname HEM ) כדי להסתכל על הסביבה הקרובה ל Heme .

נקה את חלון התצוגה של VMD בעזרת הפקודה mol delete all. הורידו את הקובץ  1BBB.pdb למחשבכם ופתחו אותו בעזרת VMD. קובץ זה מראה את מבנה ההמוגלובין הקושר ליגנד. התבוננו בחלבון. צרו רפרזנטציה המציגה רק את קבוצת ה Heme של החלבון, צור רפרזנטציה נוספת המציגה את האטומים הנמצאים במרחק 5Å מהאטום Fe תוך שימוש בפקודה within 5 of name FE .

  1. עם איזה ליגנד נפתר מבנה החלבון?

בשלב זה ננתח את ההבדל המבני בין  ההמוגלובין החופשי והקשור. תחילה נתבונן בשוני שבין שרשרות ה b של החלבון ולאחר מכן נשווה את המבנה הכללי של החלבון במצבו בחופשי והקשור.

נקו את חלון התצוגה של VMD בעזרת הפקודה mol delete all.

הורד את הקבצים  1A3NB.pdb ו  1BBBB.pdb (שימו לב בקבצים אלו נוספה האות B לקוד החלבון) למחשבכם. קבצים אלו מכילים את מבנה שרשרות ה b בלבד. פתחו תחילה את הקובץ  1A3NB.pdb ואחרfl את הקובץ 1BBBB.pdb . הקפידו לבחור את האופציה New Molecule מחלון Molecule File Browser לפני העלאת הקבצים לתוכנית. שימו לב כי בחלון VMD main לכל מבנה יש ה ID שלו כפי שמודגם בתמונה מטה.

הציגו לשתי השרשראות רק את קבוצת ה Heme. נחפוף תחילה את המבנה של קבוצות ה Heme על מנת שנוכל להשוות ביניהן. את חפיפת המולקולות נבצע על ידי הקלדת סדרת פקודות בחלון הפקודות.

  • א. תחילה נגדיר את כל אטומי שרשרת ה bשל ההמוגלובין החופשי  (1A3NB)  על ידי המשתנה Hb_free לשם כך נקליד את הפקודה

 set Hbfree [atomselect 3 “all”]

כאשר 3 הוא ה ID של השרשרת המתאימה. הפקודה atomselect מבצעת בחירה של כל האטומים של המולקולה בעלת הID מספר 3 ובחירה זו מוצבת במשתנה Hb_free על ידי הפקודה set.

  • ב. נבחר את האטומים של קבוצת ה Hemeעל ההמוגלובין החופשי ונציב במשתנה hemeA (הקפידו על מספר ID נכון)

set hemeA [atomselect 3 “resname HEM”]

  • ג. נבחר את האטומים של קבוצת ה Hemeעל ההמוגלובין הקשור ונציב במשתנה hemeB (הקפד מספר ID נכון)

set hemeB [atomselect 4 “resname HEM”]

  • ד. נחשב את מטריצת הטרנספורמציה האופטימאלית לחפיפת שתי קבוצות ה Hemeעל ידי הפקודה

set M [measure fit $hemeA $hemeB]

  • ד. כעת נזיז את כל אטומי שרשרת ה bשל ההמוגלובין החופשי על סמך מטריצת הטרנספורמציה בעזרת הפקודה

$Hbfree move $M

  1. התבוננו כעת השני קבוצות ה Heme, מהו ההבדל המבני שנוצר בעקבות קישור הליגנד?
  2. הוסיפו לתצוגה את His92על ידי שימוש בפקודת הבחירה residue 91. מה קרה להיסטידין זה?

כעת נבצע חפיפה של שני שרשרות ה b על סמך אטומי ה Ca שלהם. בעזרת רצף הפקודות הבא:

set CaA [atomselect 3 “name CA”]
set CaB [atomselect 4 “name CA”]
set M [measure fit $CaA $CaB]
$Hbfree move $M

התבוננו בשני המבנים החופפים והציגו רק את אוטמי השלד שלהם (backbone). התרכזו בחומצות האמינו Leu96-Asn102. חומצות אמינו אלו נמצאות בין Helix F ו Helix G.

  1. מהו המרחק הממוצע בו זזו חומצות אמינו אלו העקבות תזוזת His92? (מדדו את המרחק בין אטומי ה Ca עבור Leu96 , Asp99 וAsn102 וחשבו את הממוצע).

נקו את חלון התצוגה של VMD בעזרת הפקודה mol delete all. כעת נחזור להתבונן במבני החלבון השלם.

פתחו תחילה את הקובץ 1A3N.pdb וצבעו כל שרשרת בצבע נפרד כמו בסעיף 1. התבוננו בחלבון ושימו לב כי אזור המגע בין השרשרות  b1a2 ו  b2a1 ישנו מגע נרחב בעוד שאזור המגע בין השרשראות  b1a2 ו 1 b2a1 הוא מצומצם יותר.

  1. היכן ממוקמות חומצות האמינו Leu96-Asn102 ביחס לאזורי המגע בין בשרשראות?

פתחו את הקובץ New Molecule. כעת נחפוף את שני המבנים על ידי שימוש בשרשרות  b1a1 בעזרת רצף הפקודות הבא:

נגדיר תחילה שני אובייקטים המיצגים את כל האטומים של ההמוגלובין בצורתו החופשית והקושרת.

set Hbfree [atomselect 3 “all”]
set Hbbound [atomselect 4 “all”]

כעת נגדיר שני אובייקטים דומים המייצגים רק את אטומי ה Ca של השרשראות  b1a1 .

  1. מדוע את החפיפה זו מבצעים רק על ידי אטומי ה Ca ולא כל האטומים של שרשראות אלו?

set Hbbound_AB [atomselect 4 “residue 0 to 285 and name CA”]

נחשב את מטריצת הטרנספורמציה האופטימאלית לחפיפה בין השרשרות  b1a1 ונחפוף את כל אטומי החלבונים על סמך מטריצה זו

set M [measure fit $Hbfree_AB $Hbbound_AB]
$Hbfree move $M

הציגו את מבנה החלבון 1A3N כ New Cartoon , צבעו את השרשרות A ו B בצבע לבן ואת השרשרות C ו D בצבע צהוב. הציגו את החלבון 1BBB כ New Cartoon , צבע את השרשרות A ו B בצבע תכלת ואת השרשרות C ו D בצבע אדום.

  1. מהו השוני הרבעוני שחל במבנה החלבון בעקבות קישור הליגנד. האם תוכלו להסביר כיצד שינוי זה חל בעקבות הממצאים שלכם מהסעיפים 9-11?

בהצלחה

מבני DNA

קבצי עבודה

מולקולת ה DNA מקודדת את האינפורמציה הגנטית עבור מרבית התאים. מולקולה זו יכולה להתקיים במספר קונפורמציות עיקריות ה , A-DNA ה B-DNA וה Z-DNA .

תרגיל

הקבצים ADNA.pdb BDNA.PDB ו ZDNA.PDB מכילים מבנים של DNA בקונפורציות B , A , ו Z בהתאמה.

  1. השוו בין הקונפורמציות השונות והתייחסו לנקודות הבאות.

1.1 כיווניות סליל ה DNA (האם הוא left hand או rigth hand).

1.2 קוטר סליל ה DNA. סדר את הקונפורמציות בסדר עולה מהקונפורמציה בעלת בקוטר הקטן ביותר לקונפורמציה בעלת הקוטר הגדול ביותר

1.3 Major Groove ו Minor Groove.

1.4 סידור קבוצות הסוכר בשלד המולקולה ביחס לבסיסי הנוקלאוטידים.

אנזימי רסטריקציה הינם אנזימים המכירים רצף ליניארי של DNA לרוב באורך הנע בין ארבע לשמונה בסיסים. אנזימים אלו נקשרים ל DNA ויוצרים חיתוך ספציפי בקשר הסוכר-פוספאט (ראה תמונה למטה).

הקומפלקס בין אנזים הרסטריקציה ECO RI ואתר הקישור ב DNA  (מ  Science v249 pp. 1307-9, 1990 PDB code 1ERI ).

אנזים הרסטריקציה Sma I נקשר ספציפית לרצף CCCGGG הנתון בקובץ הבא sma_dna.PDB ואילו אנזים הרסטריקציה Eco RI נקשר לרצף GAATTC נתון בקובץ הבא eco_dna.PDB .

  1. השוו בין שני המבנים הנ”ל התייחסו למבנה השלישוני של ה DNA, לאינטראקציות הידרופוביות, ולאינטראקציות פולאריות. כיצד לדעתכם מוסגת ההכרה בין האנזימים לרצפי ה DNA?

הקובץ   3CRO.pdb מתאר את הקומפלקס בין Cro434 לבין מקטע DNA ואילו הקובץ  3cro_dna.PDB מתאר את אותו מקטע DNA בקונפורמצית B.

  1. השוו את מקטע ה DNAהחופשי והקשור ותארו את השינוי המבני החל בו העקבות הקישור.

לשם כך עליכם לחפוף תחילה את מבני ה DNA. הדרכה לכל חלבון עליכם להגדיר שני משתנים האחר של כל האטומים והאחד רק של אטומי הפוספאט (P) במקטע ה DNA. את טרנספורמציית החפיפה יש לחשב על סמך אטומי הפוספאט ובעזרת  טרנספורמציה זו יש להזיז את כל האטומים של המבנה החופף. 

בהצלחה