Microgravity grown crystals for better determined 3D-structure of Lysozyme.
تنمية بلورات في الجاذبية-الصّغرى بهدف تحديد أفضل للهيكل ثلاثي-الأبعاد لإنزيم اللّيزوزيم.
Abdelkrim RACHEDI
Laboratory of Biotoxicology, Pharmacognosy and biological valorisation of plants, Faculty of Sciences, Department of Biology, University of Saida - Dr Tahar Moulay, 20100 Saida, Algeria.
📧 E. mail: abdelkrim.rachedi@univ-saida.dz
Published: 10 January 2023
Amongst ways to explore different conditions for crystal growing from macro-molecules such as proteins and nucleic acids is to study the effect of gravity; the image blow, Figure 1. is for the 3D-structure of Lysozyme determined from crystals grown at "Microgravity" condition on the NASA space Shuttle implementing a number of techniques (Dong J. et al. 1999).
من الأساليب الحديثة في اختبار شروط جديدة لتنمية بلورات الجزيئات العملاقة مثل البروتينات والأحماض النووية هو استكشاف تأثير الجاذبية: الصورة 1. أدناه هي لتركيب فراغي لإنزيم اللّيزوزيم وهذا باستخدام بلورات تم تنميتها على محطة الفضاء التابعة لـ الناسا NASA أي في ظروف إنعدام الجاذبية Microgravity condictions و باتباع تقنيات مختلفة
(Dong J. et.al. 1999).
Figure 1. Bound-Solvent Structures For Microgravity-, Ground Control-, Gel- And Microbatch-Grown Hen Egg-White Lysozyme Crystals At 1.8 A Resolution.
The two links below and structures, Figure 2. and Figure 3., are for the Hen Egg White Lysozymes that have been determined using crystals grown under microgravity.
These can be explored using the application SSFS⭕ by the Bioinformatics Server, Department of Biology, Saida University, Algeria, (Golovin A. et. al. 2005 - related reference), links below:
التركيبين الفراغيين على الرابطين أدناه و في الصورة الرابعة، هما لليزوزيم بياض البيض للدجاج Hen Egg White Lysozyme، والتي تم إنماء البلورات الخاصة بها في الفضاء/إنعدام الجاذبية، يمكن استكشافهما باستخدام التطبيق SSFS⭕ على موقع المعلوماتية الحيوية لقسم البيولوجيا، جامعة سعيدة، الجزائر:
Figure 2. Exploration of the lysozyme structure the PDB id: 1bwi using the SSFS bioinformatics tool.
See: https://bioinformaticstools.org/ssfs/ssfs.php?qry=1bwi
See: https://bioinformaticstools.org/ssfs/ssfs.php?qry=1bwi
Figure 3. Exploration of the lysozyme structure the PDB id: 1bwj using the SSFS bioinformatics tool.
See: https://bioinformaticstools.org/ssfs/ssfs.php?qry=1bwj
See: https://bioinformaticstools.org/ssfs/ssfs.php?qry=1bwj
These lysozyme structures can also be explored from the Protein Data Bank Europe (PDBe) at:
كما يمكن إستكشاف هذه التراكيب الفراغية لإنزيم اللّيزوزيم على موقع التراكيب الفراغية الأوروبي PDBe:
Although the determined structures showed virtually no overall important change in the structure compared to same structure done on earth (under normal gravity), the experiments show significant effect of mircogravity on producing larger and better quality crystals which is an important factor for determining better and higher resolution structures, Figure 4. and Figure 5.
على الرغم من أن هذه التراكيب الفراغية أوضحت أنه ليس هناك تأثير محسوس لإختلاف الجاذبية على التركيب الفراغي للبروتينات بالمقارنة لنفس التراكيب متحصل عليها سابقا من بلورات تم تنميتها على الأرض (حيث الجاذبية عادبة)، إلا أنه وجد أن أنعدام أو ضعف الجاذبية (على متن المركبة الفضائية) له تأثير في إنتاج بلورات ذات حجوم كبيرة ونوعيات جيدة وهذا له تأثير كبير على جودة التراكيب الفراغية المتحصل عليها،
الصورة 4 و الصورة 5.
The scientific paper, (Dong J. et.al. 1999) ,reporting these structure is entitled "Bound-solvent structures for microgravity-, ground control-, gel- and microbatch-grown hen egg-white lysozyme crystals at 1.8 A resolution." and can be accessed from the PubMed, the link below:
البحث العلمي، (Dong J. et.al. 1999)، المنشور حول هذا النوع من البلورات والتراكيب الفراغية المتحصل عليها يحمل العنوان
Bound-solvent structures for microgravity-, ground control-, gel- and microbatch-grown hen egg-white lysozyme crystals at 1.8 A resolution."
يمكن الإطلاع عليه من الرابط:
The images, Figure 4. and 5. below, shows different types of crystals grown on the NASA Space Shuttle including those of the Lysozyme enzyme. See also the article about crystals of hormone of insulin grown by NASA on earth and in microgravity (space). See article in link below:
الصّور التالية؛ الصورة 4. و كذلك 5. هي لعينات من بلورات لبروتينات مختلفة من بينها اللّيزوزيم تم الحصول عليها في ظروف إنعدام الجاذبية على مركبة الفضاء التابعة لِـ ناسا NASA. أنظر كذلك الموضوع حول بلورات هرمون الأنسولين insulin على الرابط:
Figure 4. Differences between the Insulin crystals grown on earth and counterparts grown in space, by NASA scientists, at microgravity conditions:
Figure 5. Different types of crystals grown on the NASA Space Shuttle including those of the Lysozyme enzyme.
However, the clarity of the large crystals grown in space enbaled for the calculation of high resolution Electron Density map (EDM) which made it possible to visualize a well defined Tyrosine residue that make a non-nonded contact of 2.63 Å with another Tyrosine in the lysozyme structure as seen in the lower part of Figure 6. Such important details, which would represent deeper understanding of the lysozyme's biological function, are missing from EDM claculated from crystals grown on earth.
ومع ذلك ، فإن وضوح البلورات الكبيرة المُنجزة في الفضاء مكّنت من حساب خريطة كثافة إلكترونية عالية الدقة (EDM) مما جعل من الممكن رؤية الحمض الأميني "تيروزين" مُحدَّد بشكل جيد الأمر الذي مكّن من اكتشاف رابطة مهمة بطول معتبر يقدر بـ 2.63 Å مع تيروزين آخر في بنية اللّيزوزيم، أنظر الجزء السفلي من الصورة 6 . مثل هذه التفاصيل المهمة، والتي من شأنها أن تمثل فهمًا أعمق للوظيفة البيولوجية لليزوزيم، مفقودة تماما من الـ EDM التي تم حسابها إنظلاقا من بيانات البلورات المُنجزة على الأرض.
Figure 6. High resolution Electron Density map calculated from space crystals show a Tyrosine residue making a non-nonded contact of 2.63 Å with another Tyrosine. Such important details are missing from EDM calculated from then crystals grown on earth.
It's worth to know that the Lysozyme enzyme - EC 3.2.1.17🔶, (Blade C.C.F. et al. 1967), exists also in the Human body; in the tears, saliva, sweat and mucous tissues where it serves as a first line of defense against pathogenic bacteria. Lysozymes fight off bacteria by breaking down their cellular membranes.
يجدر الإشارة إلى أن إنزيم اللّيزوزيم EC 3.2.1.17🔶، أنظر (Blade C.C.F. et al. 1967)، يتواجد كذلك في دمعة عين الإنسان، لعابه،عرقه و الأنسجة المخاطية حيث يعتبر خط دفاع قوي ضد الإصابة بالبكتيريا الممرضة وهذا لقدرته على تفكيك الغشاء الخارجي لمعظم أنواع البكتيريا.
🔶 Enzyme class: EC 3.2.1.17 see link in the enzyme-database.
For more about Lysozyme's structure and function, follow the links below:
أنظر كذلك المصادر التالية للمزيد حول إنزيم اللّيزوزيم :
🖝 Lysozyme
⭕ SSFS: Sequence, Structure and Function Server by the Structural Biology & Bioinformatics Groups, Biology Dept, Faculty of Science, University of Saida, Algeria
نظام: التركيب الأولي، التركيب الفراغي و الوظيفة البيولوجية ، فريق البيولوجيا ثلاثية
الأبعاد و المعلوماتية الحيوية، قسم البيولوجيا، كلية العلوم، جامعة سعيدة، الجزائر
References
Blade C.C.F., Johnson L.N., Mair G.A., North A.C.T., Phillips D.C. and Sarma V.R. " Crystallographic studies of the activity of hen egg-white lysozyme." Proc. R. Soc. Lond. B: Biol. Sci. 167 (1967) 378–388.
- in PubMed
Dong J., Boggon T.J., Chayen N.E., Raftery J., Bi R.C., Helliwell J.R. "Bound-solvent structures for microgravity-, ground control-, gel- and microbatch-grown hen egg-white lysozyme crystals at 1.8 A resolution." Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 1999 Apr;55(Pt 4):745-52. Doi: 10.1107/s0907444998016047
- in PubMed
Golovin A., Dimitropoulos D., Oldfield T., Rachedi A. and Henrick "MSDsite: A Database Search and Retrieval System for the Analysis and Viewing of Bound Ligands and Active Sites." PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 58(1): 190-9 2005
- in PubMed