PRÀCTICA 1 Química i Enginyeria de Proteïnes

Grup B (Alex Durán, Ariadna Gómez, Jordi Martín)

Seqüència: MKLFYKPGACSLASHITLRESGKDFTLVSVDLMKKRLENGDDYFAVNPKGQVPALLLDDGTLLTEGVAIMQYLADSVPDRQLLAPVNSISRYKTIEWLNYIATELHKGFTPLFRPDTPEEYKPTVRAQLEKKLQYVNEALKDEHWICGQRFTIADAYLFTVLRWAYAVKLNLEGLEHIAAFMQRMAERPEVQDALSAEGLK

1. Nom de la proteina i codi Uniprot:
Aquesta seqüència prové de l’Escherichia coli K-12, i codifica per la proteïna Glutathione S-transferase GstA (Amino àcids: 201) (https://www.uniprot.org/uniprotkb/P0A9D2/entry)

Codi Uniprot: P0A9D2
Nom del gen: gstA
Funció breu: Catalitza la conjugació de glutatió reduït (GSH) a un gran nombre d’electròfils hidrofòbics exògens i endògens.
Classificació Enzim: EC 2.5.1.18 (https://www.brenda-enzymes.org/enzyme.php?ecno=2.5.1.18)

2. Codi PDB i estructura: (https://www.rcsb.org/structure/1A0F)

Codi de PDB: 1A0F_A
Method: X-RAY DIFFRACTION
Resolution: 2.10 Å
Mutation(s): No

Captura de la imatge
Figura1: Imatge extreta del UniProt, Estructura de la proteïna Glutathione S-transferase GstA (Dímer)

Treballarem amb l’estructura en PDB, que és aquesta:

Captura de la imatge
Figura2: Imatge pròpia, Estructura extreta amb ChimeraX de la proteïna Glutathione S-transferase GstA

En aquesta imatge de l’estructura de la proteïna podem observar estructures secundàries individuals, com fulles o làmines plegades β i també podem veure hèlix α, però també estructures supersecundàries, com forquilles beta-beta o Greca amb 4 betas.

Captura de la imatge
Figura3: Imatge pròpia, Fulla o làmina plegada β

Captura de la imatge
Figura4: Imatge pròpia, Hèlix α

Captura de la imatge
Figura5: Imatge pròpia, Forquilla beta-beta

Captura de la imatge
Figura6: Imatge pròpia, Greca amb 4 betas

Captura de la imatge
Figura7: Imatge pròpia, Alfa-alfa

Captura de la imatge
Figura8: Imatge pròpia, Feix de 4 helix alfa

Interaccions:

Captura de la imatge
Figura9: Imatge pròpia, Trobem línies verdes que són les interaccions de van der waals (Quantitat: 2683)

Captura de la imatge
Figura10: Imatge pròpia, Trobem ponts d’hidrogen que són les línies blaves (Quantitat: 806)

Estructura terciaria:
Codis de base de dades SCOP: 1a0f A:81-201 [17737], 1a0f A:1-80 [33031], 1a0f B:81-201 [17738], 1a0f B:1-80 [33032] (https://scop.berkeley.edu/search/?ver=2.08&key=1A0F_A)

Captura de la imatge
Figura11: Imatge pròpia, d1a0fa1: 1a0f A:81-201

Captura de la imatge
Figura12: Imatge pròpia, d1a0fa2: 1a0f A:1-80

Captura de la imatge
Figura13: Imatge pròpia, d1a0fb1: 1a0f B:81-201

Captura de la imatge
Figura14: Imatge pròpia, d1a0fb2: 1a0f B:1-80

En les imatges podem observar la proteïna, en color estan les estructures terciàries, i en gris està la resta de la proteïna, quan aquestes estructures s’uneixen, en formen una de quaternària.

3. Funció de la proteïna:

Centre actiu:
Trobem centres actius a les posicions 10,35,52,65-66,99 i 103-106. Marcats en verd a l’estructura.

Captura de la imatge
Figura15: Imatge pròpia, Centre actiu en verd i residus clau en vermell de la proteïna

Residus clau:
Cisteïna 10 (Cys10), Lisina 35 (Lys35), Valina 52 (Val52), Glutamat 65 (Glu65), Glicina 66 (Gly66), Histidina 106 (His106), Asparagina 99 (Asn99), Treonina 103 (Thr103), Glutamat 104 (Glu104)
Substrats/Inhibidors:
Sí, el GTS, és un substrat que inclou la nostra molècula.

Captura de la imatge
Figura16: Imatge pròpia, Fórmula química GST

Captura de la imatge
Figura17: Imatge pròpia, Estructura 3D GST

Interaccions amb centre actiu i residus:
Es formen ponts d’hidrogen entre His106, Thr103 i Glu104 amb el glutatió o altres residus polars propers, interaccions de Van der Walls entre Leu32, Val52 i Gly66 i Lys35 i Glu65 poden tenir interaccions electroestàtiques El GTS és un substrat de la GstA, i la seva unió està estabilitzada mitjançant una combinació de ponts d’hidrogen, interaccions de van der Waals i forces electroestàtiques. Els residus del centre actiu orienten correctament el substrat i faciliten la reacció catalítica.
Informació sobre la funció fa aquesta proteïna:
La Glutatió S-transferasa A (GstA) és un enzim que catalitza la conjugació del glutatió reduït (GSH) amb compostos electrofílics, facilitant la detoxificació cel·lular. També ajuda a la prevenció de l’estrès oxidatiu i a neutralitzar toxines exògenes com ara drogues, pesticides i carcinògens.
Mostrar el mecanisme detallat que segueix aquest enzim:
Primer el GSH s’uneix al lloc G de GstA, on el grup tiol (-SH) de GSH s’activa per residus específics de l’enzim. En molts GST, la tirosina del lloc actiu forma enllaços d’hidrogen amb el grup tiol de GSH, estabilitzant així la seva forma tiolat més nucleòfila. Després el substrat electrofílic s’uneix al lloc H de la GstA, es produeix un atac nucleofílic del GSH al substrat i per últim es produeix una formació del producte conjugat i alliberament.
Relació seqüència-estructura-funció:
Com es pot veure anteriorment en la nostra proteïna, aquesta presenta un substrat, el qual és el GTS (Glutatión S-transferasa). Segons la seva estructura, el grup S del nostre substrat té un OH i, per tant, provoca que la funció de la proteïna estigui desactivada, ja que no és capaç d’atacar compostos tòxics electrofílics. Per aquest motiu, el grup S es redueix i perd l’oxigen, formant així un grup tiol (SH) canviant el substrat GTS per GSH el qual rep aquest nom perquè és la forma reduïda, aquest nou substrat sí que farà que la proteïna estigui activada i pugui realitzar la seva funció. Pel que fa a l’estructura més global de la proteïna, aquesta és un dímer, o sigui que conté dues subunitats les quals són similars. Per tant, aquesta dimerització permet que la proteïna sigui més estable estructuralment. No només això sinó que també ajuda en el seu paper de prevenció de l’estrès oxidatiu. En conclusió, podríem dir que tant el centre actiu com el substrat GTS, tenen un paper molt important en la funció de la proteïna, a més de la seva estructura en dímer.

Captura de la imatge
Figura18: Imatge pròpia, Procès d’oxidació del GST a GSH

Variants:
Aquesta proteïna pot tenir diverses variants les quals afectaran a la seva funcionalitat. Per exemple, una mutació al lloc d’unió del GSH, això afecta a la capacitat de la proteïna per unir i activar el GSH disminuint l’eficiència de la conjugació amb compostos tòxics. Una altra mutació que pot tenir és en residus de la interfície de dimerització, que provoquen que l’estabilitat de l’estructura es vegi afectada juntament amb la seva activitat enzimàtica. Per últim, també es pot ocasionar mutacions en regions reguladores que afecten l’expressió de GstA, implicant una menor protecció contra l’estrès oxidatiu. Més concretament, una mutació en la posició 10 que canvia la cisteïna per una serina (S) o una alanina (A), això provoca que l’afinitat per la GSH disminueixi, però també fa que augmenti la seva activitat de transferasa. Després, una altra mutació en la posició 106 que canvia la histidina (H) per una fenilalanina (F) o una alanina (A) que provoca una disminució en l’afinitat pel GSH i també en la seva activitat de transferasa.

Bibliografia:

Estructuras supersecundarias. (s. f.).
https://biomodel.uah.es/model1j/prot/supersec/inicio.htm
Njälsson, R., & Norgren, S. (2005). Physiological and pathological aspects of GSH metabolism. Acta Paediatrica, 94(2), 132-137. https://doi.org/10.1111/j.1651-2227.2005.tb01878.x