Вторичная структура

 1BKR - кристаллографическая расшифровка кальпонин-гомологичного (СН2) домена из человеческого белка β-II-спектрина. CH1-CH2-домены обеспечивают связывание с актином.

Задание 1. Разметка вторичной структуры вручную.

Картиночка из паймола
Рис. 1. Разметка вторичной структуры белка алгоритмами DSSP и STRIDE с помощью сервиса 2Struc.

 Рассмотрим несколько участков белка, у которых не совпадает разметка вторичной структуры алгоритмами DSSP и STRIDE.

Картиночка из паймолаКартиночка из паймола


Рис. 2. Слева: торсионные углы треонина-16 и Н-связь азота его остова с кислородом остова цистеина-12. Справа: H-связь кислорода остова треонина-16 с азотом остова тирозина-19.

 DSSP и STRIDE разметили треонин-16 как относящийся к повороту и α-спирали соответственно. Водородная связь с цистеином-12 слабовата, но соответствует паттерну для α-спирали. Алгоритм DSSP не включает терминальные остатки в спирали, а это как раз такой случай. Этим алгоритмом остаток размечен как относящийся к повороту, вероятно, за счёт наличия водородной связи с тирозином-19 (3-поворот). Величины торсионных углов треонина-16 довольно сильно отличаются от наиболее часто встречающихся у остатков, входящих в состав α-спиралей (особенно положительный Ψ), но, судя по результату, STRIDE рассчитал достаточно высокую вероятность принадлежности этого остатка к α-спирали. Я склоняюсь в сторону включения Thr-16 в α-спираль: паттерн Н-связей соблюдается; геометрия неидеальна, так как остаток терминальный. Близлежащий поворот цепи во многом обеспечивает пролин-20, а Н-связь Thr(16)-Tyr(19) не вносит значительного вклада в его стабилизацию, на мой взгляд, поэтому включение треонина в поворот не кажется мне обоснованным.

Картиночка из паймола
Рис. 3. Asn-26 и Phe-27, отнесенные DSSP к типу вторичной структуры "изгиб" (bend).

 Аспарагин-26 и фенилаланин-27 DSSP включил в тип вторичной структуры "изгиб" (bend), характеризуемый углом < 110° между СА-атомами остатков (i-2, i, i+2) и отсутствием остовных Н-связей. Алгоритм STRIDE не выделяет понятие "изгиб" - все значительные изменения направления цепи он классифицирует как "поворот", основываясь на величине торсионных углов. Формально оба алгоритма правы, но поскольку DSSP выделяет дополнительный тип изменения направления цепи, можно сказать, что в данном случае разметка DSSP более точная.

Картиночка из паймола
Рис. 4. Неструктурированный участок по результатам DSSP / поворот по результатам STRIDE.

 DSSP разметил данный участок белка как неструктурированный, так как для отнесения его к категории "поворот" нет остовной водородной связи (геометрия для связи азота лейцина с кислородом треонина неподходящая), а для категории "изгиб" угол изменения направления цепи недостаточный. STRIDE же определил этот участок как поворот, основываясь на величинах торсионных углов, и я скорее согласна с этой разметкой, так как направление цепи всё-таки в какой-то степени меняется.

Задание 2. Разметка вторичной структуры автоматически.

 Для 30 белков была осуществлена разметка вторичной структуры с помощью алгоритма DSSP. Затем для каждого аминокислотного остатка была посчитана склонность образовывать определенные типы вторичной структуры.

Картиночка из паймола
Табл. 1. Склонности аминокислотных остатков образовывать определенные типы вторичной структуры.

 Согласно рассчётам, в областях петель, поворотов или неструктурированных участках (С) наиболее представлены маленький гибкий глицин и пролин, изменяющий направление аминокислотной цепи благодаря своей структуре.
 В β-листах (Е) наиболее часто встречаются изолейцин и валин, чьи боковые радикалы, вероятно, стабилизируют данный тип вторичной структуры гидрофобными взаимодействиями.
 Наиболее распространенными в α-спиралях (Н) являются гидрофобные аланин и метионин, а также полярные глутамин и глутамат. Предполагаю, что аминокислотный состав различается у спиралей, находящихся на поверхности и внутри белковой глобулы.