Страница четвертого семестра | Учебный сайт Екатерины Швецовой

Интерпретация ЯМР структуры

В рамках данного практикума проводили сравнение структур рибонуклеазы А быка (BOVINE PANCREATIC RIBONUCLEASE A), полученных разными методами. Структура, расшифрованная методом РСА имеет идентификатор 1A5P (разрешение 1.6 Å), методом ЯМР - 2AAS (32 модели). Обе структуры открыли в одной сессии PyMol и совместили с помощью комманды align. Визуальное изображение совмещения можно увидеть на рис. 1. Заметно, что структуры в целом похожи, различия в основном имеются в районах петель.

Рис. 1. Визуализация наложения структур 1A5P и 2AAS. Голубым показана структура, расшифрованная методом РСА (1A5P), красным - модели ЯМР (2AAS).

Далее было проведено сравнение водородных связей в структурах. Водородные связи визуализировались с помощью команды (distance hbond, name N*, name O*, 3.5, mode=2) или опции PyMOL (action -> find -> polar contacts). В структуре, расшифрованной методом РСА было выбрано 3 примера водородных связей:

остовная водородная связь в ядре белка: Glu9 (атом N) + Ala5 (атом O) - рис. 2 и 3
водородная связь боковых цепей в ядре белка: Lys104 (атом NZ) + Ser123 (атом OG) - рис. 4
водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы: Asn94 (атом N) + Lys91 (атом O) - рис. 5

Рис. 2-3. Остовная водородная связь в ядре рибонуклеазы А быка. Слева - по данным РСА, справа - по данным ЯМР (визуализирована одна из моделей).

Рис. 4. Водородная связь боковых цепей в ядре рибонуклеазы А быка. Сиреневым выделена структура, расшифрованная с помощью РСА, зелёным - ЯМР (визуализирована одна из моделей).

Рис. 5. Водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы рибонуклеазы А быка. Сиреневым выделена структура, расшифрованная с помощью РСА, зелёным - ЯМР (визуализирована одна из моделей).

Информация о длинах водородных связей в структуре, расшифрованной РСА и в моделях ЯМР представлена в следующей таблице. Обобщенная информация представлена в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение водородных связей по данным РСА и ЯМР. Расстояния указаны в ангстремах.

	Донор	Акцептор	Длина связи по данным РСА	Процент моделей ЯМР, содержащих эту связь	Минимальная длина связи по данным ЯМР	Максимальная длина связи по данным ЯМР	Медиана длины связи по данным ЯМР
остовная водородная связь в ядре белка	Glu9 (N)	Ala5 (O)	3,1	100%	1,9	2,2	2,1
водородная связь боковых цепей в ядре белка	Lys104 (NZ)	Ser123 (OG)	2,4	0%	-	-	-
водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы	Asn94 (N)	Lys91 (O)	2,8	90,63%	1,8	2,5	2,2

Таким образом, анализируя данные приведенные в таблице 1 и на рисунках 2-5, можно сделать вывод, что рассмотренная водородная связь в ядре белка присутствует во всех моделях ЯМР и её длина практически постоянна. Это согласуется с тем фактом, что данная связь является частью альфа-спирали и следовательно она важна и должна иметь относительно фиксированную длину. Рассмотренная водородная связь боковых цепей в ядре белка соединяет 2 аминокислоты, каждая из которых входит в свой бета-тяж структуры. Эта водородная связь не содержится ни в одной модели ЯМР, поэтому можно предположить, что ориентация остатков Lys104 и Ser123, наблюдающаяся в структуре РСА, является артефактом, вызванным кристаллизацией, а в растворе, вероятно, данная водородная связь отсутствует (см. рис. 4). Водородная связь, соединяющая петли (находящиеся на поверхности глобулы, в отличие от остатков, рассмотренных в двух предыдущих случаях), представлена почти во всех моделях ЯМР, на рис. 5 видно, что эта водородная связь формирует поворот петли, который, по всей видимости, является важным элементом структуры. Сама петля может менять своё положение, но связь, стабилизирующая поворот, сохраняется в более чем 90% моделей ЯМР.