Pymol, электронная плотность




Pymol


В рамках данного практикума мною рассматривалась структура, полученной в ходе работы консорциума PanDDA над способами связывания низкомолекулярных фрагментов с главной протеазой коронавируса Sars-COV-2.

PDB ID данной структуры - 5RNF


Данная структура связывает 3 низкомолекулярных фрагмента: 2 диметилсульфоксида (DMS) и 1-ацетил-N-метил-N-фенилпиперидин-4-карбоксамид (UPJ). Последний был рассмотрен подробнее.

Он изображён на рисунке 1, связанный с белком ковалентной связью через цистеин-145 и водородной через аспарагин-142


Рисунок 1. Низкомолекулярный фрагмент, связанный с белком. Жёлтым обозначены атомы углерода фрагмента и белка в радиусе 6 ангстрем от него

Ссылка на сессию

Электронная плотность: хорошая и плохая расшифровки


Были даны две кристаллографические расшифровки глутатион редуктазы с PDB ID - 3DK9, 2AAQ

По данным из PDB, они имеют разрешение = 0.95 и 2.6 А соответственно, а также разный набор лигандов.


На первый взгляд, особых различий в структуре не видно (см. рисунок 2.1)


Рисунок 2.1. Изображение двух кристаллографических расшифровок (3DK9 - зелёный, 1GRH - фиолетовый)

Для визуализации сравнения карт электронной плотности был выбран фрагмент альфа-спирали с номерами остатков 340-350. Этот фрагмент имеет вторичную структуру и находится вблизи лигандов, в частности ФАДа.

Вокруг их остова был построен mesh с уровнем подрезки 1 и carve = 2 (см. рисунок 2.2)

3DK9
2AAQ
Рисунок 2.2. Электронная плотность остова для фрагмента из 3DK9, 2AAQ

На рисунке видно, что электронная плотность у структуры с меньшим разрешением гораздо лучше покрывает атомы остова, занимает меньший объём, тем самым делая структуру более однозначной.



Электронная плотность и положение в структуре


Вокруг остова всего белка была построена серия mesh'ей на уровнях подрезки 1, 2 и 3 c carve = 2. Они изображены на рисунке 3.

Рисунок 3. Электронная плотность остова на уровнях подрезки 1, 2 и 3 (слева направо)

При повышении уровня подрезки некоторые регионы остова перестают быть покрытыми mesh'ем. В основном это петли остова, у которых нет вторичной структуры, находящиеся на внешней стороне и связывающих областях структуры. Это может быть связано с их большей подвижностью.



Электронная плотность и типы атомов


Вокруг фрагмента UPJ и части цистеина-145 была построена серия mesh'ей на различных уровнях подрезки. Они изображены на рисунке 4.

level = 1

level = 1.5

level = 2

level = 3
Рисунок 4. Электронная плотность фрагмента на разных уровнях подрезки

level = 1: Электронная плотность покрывает почти все атомы

level = 1.5: Электронная плотность частично исчезает с лиганда, остаётся лишь на электроотрицательных атомах, бензольном кольце и атомах углерода, близких к белку (ковалентной связи с цистеином)

level = 2: Электронная плотность продолжает исчезать с атомов лиганда. Частично остаётся на азотах, бензольном кольце и дальних углеродах и дальнем кислороде

level = 3: Электронная плотность не покрывает лиганд, только серу цистеина-145

При повышении уровня подрезки электронная плотность исчезает с атомов фрагмента, остаётся она лишь на сере цистеина-145, который связывает фрагмент с белком. Это может быть связано с тем, что данное место является крайне малоподвижным, и оно может быть важно для связывания белка с фрагментом.