介绍

泛素是一个大约76个氨基酸的蛋白质,存在于所有真核细胞和守恒的物种间。通过翻译修饰的各种蛋白质,泛素参与许多不同的生物过程,包括蛋白质降解,贩卖蛋白质、DNA修复、基因调控,等。由于其在细胞和无处不在的存在参与许多基本过程,泛素已广泛研究的重点在序列,结构和功能水平。

您可以查看下载泛素的三维结构的晶体结构从PDB文件使用的数据库,然后显示它molviewer函数。默认情况下,蛋白质结构呈现,每个原子都是由一个球,每个键是由一根棍子。你可以改变渲染模式通过选择图的下方显示选项。你也可以旋转和操纵click-dragging蛋白质的结构或通过输入Rasmol命令脚本的控制台。

在这个例子中,我们将探讨泛素的结构特点的组合Rasmol命令传递到evalrasmolscript函数。然而,您可以执行相同的分析通过使用分子查看器窗口。信息提供了泛素蛋白MAT-fileubilikedata.mat。

负载(“ubilikedata.mat”,“无论在哪里”)

或者,您可以使用getpdb从PDB库函数来检索的蛋白质信息加载到MATLAB®。在公共场合注意数据存储库是经常策划和更新;因此这个例子可能略有不同的结果当你使用最新的数据集。

无论在哪里= getpdb (1无论在哪里的);

h1 = molviewer (ubi);

evalrasmolscript (h1,选择所有;线框100;黑色背景,“);

呈现分子

我们可以看看泛素褶皱通过使用“卡通”呈现,这清楚地显示了二级结构元素。我们限制选择的蛋白质,因为我们不感兴趣显示其他异质粒子,比如水分子。

%显示分子原子根据他们的卡通和颜色%二级结构的任务。然后删除其他原子和债券。evalrasmolscript (h1 [“spacefill;线框图;”…“限制蛋白质;卡通;颜色结构;”…“中心选择;”]);

探索分子的旋转和缩放

泛素褶皱包括五个反平行的β链,一个α螺旋,螺旋结构小3 - 10,几个转身循环。折就像一个小桶,β表形成一方和α螺旋形成了桶的另一边。3 - 10螺旋底部是封闭的。我们可以更好地了解紧凑、球状褶皱的泛素通过旋转360度,结构放大使用“移动”命令。

%动画显示通过结构旋转和放大evalrasmolscript (h1 ['移动40 0 180 0 0 0 0 0 5;”…%…在180年% y旋转,放大到40岁,时间= 5秒'移动0 180 -40 0 0 0 0 0 5;”]);% y旋转到180年,缩小到40岁,时间= 5秒

评估结构中的氨基酸电荷分布

泛素褶皱的紧性和高稳定性的空间分布与疏水性和亲水性氨基酸处于折叠状态。我们可以看看分布的带电带正、负电荷氨基酸通过选择残留物,然后通过这些原子呈现不同的颜色(红色和蓝色分别)。我们也可以使水分子白看到他们与带电残基的关系。

evalrasmolscript (h1 [“选择蛋白质;颜色灰色;”…选择积极乐观;红色;spacefill 300;”…“选择消极;蓝色;spacefill 300;”…选择汉宏;颜色白色;spacefill 100;”]);%的水原子

带电氨基酸位于主要表面暴露在溶剂,与水分子相互作用。特别是,我们注意到对面的电荷分布不均匀的泛素的桶。事实上,α螺旋的一面似乎挤满了带电氨基酸比包含β链。

探索疏水性的结构

我们可以执行一个类似的分析通过观察一些疏水性氨基酸的空间分布,如丙氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸和蛋氨酸。您还可以使用Rasmol标签“疏水”选择所有疏水残基。

%颜色疏水氨基酸绿色evalrasmolscript (h1 [选择所有;spacefill;颜色灰色;”…“选择Ala Ile Val或者低浓缩铀或满足;”…“绿色;线框100;”…移动90 0 0 0 0 0 0 0 1;移动-45 0 0 0 0 0 0 0 1 ']);

与上面的带电氨基酸不同,疏水性氨基酸位于主要在桶的内部。这给了泛素褶皱高稳定性,因为疏水氨基酸是隐藏的溶剂,使蛋白质结构紧凑和紧张。

测量原子的距离

泛素显示一个紧密褶皱与一个α螺旋穿越小桶的一侧。这个α螺旋的长度提出了一些变异ubiquitin-like蛋白家族的代表之一。我们可以确定的实际大小螺旋通过双击相关原子或使用MATLAB®和Rasmol命令如下。

%显示重置为漫画evalrasmolscript (h1 [“重置;选择所有;spacefill;线框图;”…“卡通;颜色结构;”]);

%确定α螺旋的边界.initSeqNum initHelixRes = ubi.Helix (1)%α螺旋开始残渣

initHelixRes = 23

.endSeqNum endHelixRes = ubi.Helix (1)%α螺旋结束残渣

endHelixRes = 34

%突出螺旋的起点和终点的残留物evalrasmolscript (h1 [“选择”num2str (initHelixRes)”或“…num2str (endHelixRes)”;红色;线框100;”]);

%确定原子编号为起点和终点的残留物initHelixAtoms = ubi.Model.Atom ([ubi.Model.Atom (:) .resSeq] = = initHelixRes);endHelixAtoms = ubi.Model.Atom ([ubi.Model.Atom (:) .resSeq] = = endHelixRes);initHelix = min ([initHelixAtoms.AtomSerNo]);%螺旋开始原子endHelix = min ([endHelixAtoms.AtomSerNo]);%螺旋结束原子evalrasmolscript (h1 [“测量”num2str (initHelix)' 'num2str (endHelix)“;”]);

泛素结构中显示和标签赖氨酸残留物

泛素化的过程——一个泛素分子的连接到目标蛋白质的形成——是由一个isopeptide泛素c端4-residue尾巴的与目标蛋白质的赖氨酸。如果目标是另一个泛素蛋白,这个过程叫做polyubiquitination。Polyubiquitin链组成的至少四个注射用于标记的目标蛋白质被蛋白酶体降解。所有7个赖氨酸泛素可用于polyubiquitination过程,导致不同的链改变靶蛋白以不同的方式。我们可以看看空间分布的赖氨酸泛素褶皱通过选择和标记每个赖氨酸的α碳原子结构。

%突出的赖氨酸残基结构和c端尾巴%参与isopeptide债券形成的evalrasmolscript (h1 [“限制蛋白质;卡通;线框图;测量;”……%撤销之前的选择“骨干100;颜色结构;选择赖氨酸;线框100;”……%选择赖氨酸“选择赖氨酸和* .ca;spacefill 300;上的标签;”……%标签α碳原子选择72 - 76;线框100;颜色青色;”]);%选择c端尾

多项研究表明,扮演着不同的角色polyubiquitins时通过不同的赖氨酸分子联系在一起。例如,赖氨酸(11)-赖氨酸(29),和赖氨酸(48)联系polyubiquitins目标蛋白质的蛋白酶体(即。退化)。相比之下,赖氨酸(6)- - -赖氨酸(63)联系polyubiquitins与可逆的修改,如贩卖蛋白质控制。

检查在Diubiquitin Isopeptide债券

的晶体结构diubiquitin链组成的两根在PDB记录1 aar表示。我们可以查看和标签之间的实际isopeptide债券的c端尾泛素(贴上链),和赖氨酸(48)的其他泛素(贴上链B)。

获取蛋白质1 aar MAT-file从PDB或加载数据。

aar = getpdb (“1 aar”);

负载(“ubilikedata.mat”,aar的)h2 = molviewer (aar);

evalrasmolscript (h2, [“限制蛋白质;颜色链;”…“spacefill;线框图;”…“卡通;选择76:48:B;spacefill;”……% isopeptide债券选择76:和* .ca;”…%选择α碳“集labeloffset 40 10;标签isopeptide债券;”…'移动0 360 -20 0 0 0 0 0 5;”]);%动画

泛素和相扑序列对齐

那里是一个高度多元化的家庭ubiquitin-like蛋白质泛素显示显著的结构相似。这些蛋白质之一是相扑(小Ubiquitin-like修饰符),一个小的蛋白质参与广泛的转录后修饰,如转录调控、nuclear-cytosolic运输、和蛋白质的稳定性。类似于泛素化,共价附件和超然的相扑通过级联酶的行为发生。尽管结构和操作之间的相似性泛素和相扑,这两种蛋白质显示相当有限序列的相似性,我们可以看到从他们的全球序列比对。

获取蛋白质相扑MAT-file从PDB或加载数据。

aar = getpdb (“lwm2”);

负载(“ubilikedata.mat”,“相扑”)

的两个主要序列对齐两个化合物。

(得分aln) = nwalign (ubi.Sequence。序列,sumo.Sequence.Sequence)

分数= -3.3333

aln =3 x82 char数组' MQ——I-F-VKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQLEDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGG ' ': |: | |::::::::::::: |: | |: | |:::: |::::: |: |: |:::“TENNDHINLKVAGQDGSVVQFKIKRHTPLSKLMKAYCERQGLSMRQIRFRFDGQPINETDTPAQLEMEDEDTID-VFQ-Q——”

基础泛素的结构和相扑

为了更好地理解结构相似性泛素和相扑,执行两种结构的三维叠加。使用pdbsuperpose函数,计算和应用一个线性变换(翻译、反射、正交旋转和缩放),这样一个最符合原子结构的原子的其他结构。

关闭(h1, h2);%关闭之前molviewer的实例

pdbsuperpose(无论何时,相扑);

h3 = findobj (“标签”,“BioinfoMolviewer”);%检索molviewer处理evalrasmolscript (h3 (选择所有;变焦200;中心选定的]);

evalrasmolscript (h3 (选择所有;漫画;”…“选择模式= 1;链;红色;”…%泛素“选择模式= 2;链;蓝色,“]);%相扑

通过选择适当的选项按钮的模型部分分子查看器窗口中,我们可以看到泛素结构(模型= 1)和SUMO-2结构(模型= 2)单独或者我们可以看看他们叠加(模型=)。当两模型都积极表现,两者之间的结构相似度折叠是惊人的。

保护结构折叠在缺乏重要的序列相似度可以指出趋同进化的发生这两种蛋白质。然而,一些机制的泛素化和sumoylation类比不相关褶皱,可以建议一些更深层次的原因,或许遥远,关系。更重要的是,这一事实的谱函数由泛素和SUMO-2是如此广泛,表明的高稳定性和密实度ubiquitin-like superfold可能是其保护背后的原因。

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