Proteinstrukturer på nätet

Då forskare bestämt den tredimensionella strukturen av ett protein lagras koordinaterna för var atom i strukturbestämningen i databaser. Via Internet kommer du åt program som plockar upp strukturerna och låter dig manipulera, vrida och vända på dem. Du ska nu med dessa redskap titta närmare på enzymet fosfofruktokinas.

Steg 1: Plocka fram och vrida på en proteinstruktur

(a) Du ska börja med att hämta koordinaterna för proteinet, få fram bilden av det och vrida på den. Gå därför till PDBsum. Skriv det engelska namnet på det protein du vill se strukturen av (phosphofructokinase) i Text search-rutan på sidans mitt (figur 1.1, se pil). (Om du senare söker ett proteinnamn där ett led i namnet slutar med –e, ska denna bokstav alltid följas av ett mellanslag, som i ”triose phosphate isomerase”.) Klicka på “Search”-knappen.

(b) Nu får du en lista med länkar till olika strukturbestämningar av detta enzym. Du ska välja en variant, där du får se enzymet tillsammans med sitt substrat fruktos-6-fosfat samt ADP. (Denna sista molekyl påminner om det ATP som binder då enzymet ska arbeta, men har fördelen att inte sätta igång den reaktion enzymet ska katalysera, varför det blir möjligt att bestämma strukturen av något som i vart fall påminner om enzymet just när det ska börja arbeta.) Leta därför reda på den struktur som har koden 4pfk, och klicka på denna.

(c) Upp kommer en sida (se ovan) med uppgifter om proteinet och en bild av detta. Klicka på ikonen Jmol under bilden (vid pil 1). Ett fönster öppnas nu där det kommer en större bild på proteinet. Grip tag i proteinet med musen och drag i det tills du lärt dig hur du kan vrida proteinet i alla tre dimensioner.

Steg 2: Manipulera bilden av proteinet

Den bild du nu fått upp kan inte bara vridas utan också manipuleras på en rad olika sätt:

(a) För in musen i fönstret med den vridbara bilden av proteinet och högerklicka. Du får nu upp en meny. Till en början ska du säga åt programmet att bara manipulera proteinets aminosyrekedja, och lämna liganderna ifred. Detta gör du genom att föra musen över Select>Protein>All och klicka (Se figur nedan). Undersök sedan hur proteinet ser ut i en rymduppfyllande modell genom att sedan föra musen över Render>Scheme>CPK space-fill, och klicka.

(b) Prova därefter att bara visa bindningar mellan aminosyrekedjans atomer genom att föra musen över Render>Scheme>Sticks och klicka. Tyvärr behåller programmet samtidigt den schematiska bilden av proteinet, men den blir du av med genom att föra musen över Render>Structures>Off och klicka.

(c) Du kan också manipulera färgerna på återgivningen av aminosyrekedjan. Genom att föra musen över Color>Atoms>White eller Color>Atoms>Blue>Azure får aminosyrekedjan en mjukare färg, så att liganderna framträder betydligt skarpare. Om du därefter åter för musen över Render>Scheme>CPK spacefill och klickar får du en god uppfattning om hur substratet och ADP är inbäddade i enzymet.

(d) Om du för musen över Color>Atoms>By Scheme>Elements (PK) och klicka får du alla proteinets atomer att återges i färger som anger atomslag (grått=kol, rött=syre, blått=kväve, gult=svavel, väte visas ej). Den stora mängden syre- och kväveatomer runt om på ytan av proteinet övertygar den kemikunnige om att detta protein är höggradigt hydrofilt (vattenlösligt).

(e) Nu blev det emellertid svårt att urskilja liganderna, men det är lätt åtgärdat om du för musen över Select>Hetero>Ligand och klickar, varpå du ändrar ligandernas färg genom att föra musen över exempelvis Color>Atoms>blue>Azure.

(f) Från menyn kan du också zooma bilden in och ut. Vidare kan du genom att föra musen över Spin få modellen att snurra i önskad hastighet och riktning. Testa de ytterligare möjligheter menyn erbjuder.

(g) Om du manipulerat bilden så att du inte längre kan få den att se ut som du vill kan du börja om från början genom att stänga fönstret och åter klicka på Jmol-ikonen.

Steg 3:  Studera ligander och aktiv yta

Du kan också i detalj studera substratets, ADP-molekylernas och metalljoners bindning till resten av proteinet:

(a) Stäng fönstret med den vridbara bilden så att du kommer tillbaka till sidan som visades i den första bilden på denna sida.  I sidans vänstra marginal finns en meny med rubriken Contents med en underrubrik Ligands (Se pil 2). Klicka där på F6P.

(b) Du får nu i nedre halvan av sidan en bild i ett plan av fruktos-6-fosfats bindningar till olika aminosyror i proteinet. Invid bilden finns ikonen Jmol. Klicka på denna.

(c) Nu öppnas ett fönster med en tredimensionell projektion av liganden och de aminosyror den interagerar med, som på samma sätt som tidigare kan vridas, zoomas och fås att rotera.

(d) Motsvarande kan du sedan göra för de två ADP-molekylerna och metalljonerna i molekylen.

Övning för elever

Upptäcktsfärd i proteinstrukturernas värld Elever får använda dessa program för att titta på sambandet mellan struktur och funktion hos ett enzym, ett transportprotein, ett signalämne bindande sin receptor och en transkriptionsfaktor (reglerprotein) bindande DNA. Övningen finns här!