Магистерская диссертация на тему: Кристаллизация мембранных белков. Реконструкция изображения и двумерные кристаллы

Введение

Наиболее детальную структурную информацию об очищенных мембранных белках можно получить, исследуя методом рентгеновской дифракции трехмерные белковые кристаллы. К сожалению, оказалось, что интегральные мембранные белки очень трудно кристаллизовать. Будучи удалены из своего естественного липидного окружения, неполярные участки липидных молекул склонны агрегировать с образованием неупорядоченных форм, непригодных для кристаллографического анализа. Ясно, что необходимы специальные методы, позволяющие обойти эти трудности, и в этом был достигнут определенный прогресс. Михель обратил внимание, что мембранные белки образуют кристаллы двух типов. Кристаллы типа I напоминают стопки мембран. В них осуществляется латеральное взаимодействие между неполярными участками, а мембраноподобные слои связывают полярные участки белков. Подобные кристаллы были получены для нескольких белков, но ни в одном случае их нельзя было исследовать с помощью дифракции с высоким разрешением. Кристаллы типа II стабилизируются за счет контактирования полярных участков белковых молекул, а небольшие амфифильные соединения или детергенты в основном заполняют промежутки между ними. Заметим, что очень важными являются размер, заряд и другие свойства детергентов; если эти параметры неблагоприятны, то детергент может дестабилизировать кристаллическую структуру.

Кристаллы типа II образуют белки фотосинтетического реакционного центра Rhodopseudomonas viridis. Имеются данные, что близка к завершению работа по установлению структуры матриксного порина с высоким разрешением из наружной мембраны Е. coli.

Итак, мембранные белки можно кристаллизовать, и хотя число Успешных попыток пока невелико, можно сделать несколько выводов, касающихся методологии кристаллизации.

1. Белки кристаллизуются вместе с детергентом.

2. Очень важен выбор детергента. По-видимому, наиболее при- годны цвиттерионные или неионные детергенты с высокой ККМ и Малым размером мицелл.

Таблица 1. Мембранные белки, которые были закристаллизованы

Белок

Ссылки

Реакционный центр R. viridis "

Реакционный центр R. sphaeroides "

Реакционный центр фотосистемы 1

циаиобактерий Phormidium laminosum

Бактериородопсин

Кристаллизация облегчается в присутствии малых амфифиль-ных органических молекул, по-видимому влияющих на полярные концевые группы детергента. Так, белок реакционного центра R. viridis удалось закристаллизовать в присутствии 1,2,3-гептантриола.

Полиэтиленгликоль и сульфат аммония, обычно использующиеся при кристаллизации растворимых белков, применялись и для индукции кристаллизации мембранных белков.

В работе отмечалось, что условия кристаллизации в некоторых случаях близки к условиям, при которых детергент образует отдельную фазу. Роль, которую играет агрегация детергента в процессе кристаллизации белково-детергентных комицелл, неизвестна, но очевидно, что правильный выбор детергента очень важен.

Оглавление

- Кристаллизация мембранных белков

- Реконструкция изображения и двумерные кристаллы

- Реконструкция изображения

- Три примера структурных исследований мембранных белков

- Структура фотосинтетических реакционных центров ft. viridis и ft. sphaeroides

- Вывернутый белок

- Расположение спиралей в бислое и их соединение

- Структура поринов