Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2017

Семестры Студенты Преподаватели

• 2023
• 2022
• 2021
• 2020
• 2019
• 2018
• 2016
• 2015

• ...

Практикум 2. Альтернативные положения, B-фактор, кристалл

Задание 1. Альтернативные положения

1.5 балла

Введение

Для усиления сигнала в рентгеноструктурном эксперименте образец кристаллизуют. При том, что большинство элементов кристалла действительно регулярно замощают его объем, это не обязательно справедливо для них всех. Так, в одной ячейке одна химическая группа может смотреть в одну сторону и взаимодействовать с одним остатком, а в соседней смотреть в противоположную сторону и взаимодействовать с другим или вообще с растворителем. Если ячеек с первой конформацией в составе кристалла сильно больше, чем со второй, то на расшифровке мы вполне возможно и не увидим никакого "альтернативного" сигнала. Однако если количества сопоставимы, и качество экспериментальных данных велико, то можно будет увидеть и изучить альтернативные конформации. Причем ситуация может не ограничиваться всего двумя вариантами!

В тексте файла PDB атомы с множеством различных положений задаются следующим образом:

ATOM   2105  N   ARG A 146      -2.361   6.920  14.967  1.00  8.02           N  
ATOM   2106  CA  ARG A 146      -1.305   6.096  14.409  1.00  8.52           C  
ATOM   2107  C   ARG A 146      -1.625   5.818  12.932  1.00  7.57           C  
ATOM   2108  O   ARG A 146      -2.770   5.812  12.517  1.00  9.61           O  
ATOM   2109  CB AARG A 146      -1.715   4.665  14.916  0.50 12.88           C  
ATOM   2110  CB BARG A 146      -0.749   4.970  15.271  0.50  6.87           C  
ATOM   2111  CG AARG A 146      -1.476   4.296  16.309  0.50 12.34           C  
ATOM   2112  CG BARG A 146      -1.445   3.644  15.261  0.50 10.99           C  
ATOM   2113  CD AARG A 146      -1.896   2.922  16.753  0.50 12.57           C  
ATOM   2114  CD BARG A 146      -2.888   3.709  15.571  0.50 13.68           C  

Тут у атомов N, CA, C, O нет альтернативных положений, однако у CB, CG, CD есть. Для таких случаев остаток "размножают" и добавляют перед его названием буквы A, B, C... Первая колонка после трех координатных показывает населенность (occupancy). Это параметр, который перебирается в процессе интерпретации данных электронной плотности, чтобы лучше ее объяснить, и обозначает, по сути, "вес" этого атома. На уровне кристалла это число может быть соотнесено с долей ячеек кристалла с таким положением этого атома.

Населенность атома, как и многие другие величины, можно выводить в виде подписи в Pymol. К сожалению, нет простого способа выделить только один набор альтернативных положений мышкой. Для этой задачи придется использовать команду

select my_residue_A, resi XXX and alt "A"
select my_residue_B, resi XXX and alt "B"

В речи альтернативные конформации часто жаргонно называют альт-локами.

Собственно задание

Задание существует в двух вариантах, выполнить нужно только один, который вам достанется.

Вариант А. Вам дан PDB ID и два остатка, X и Y. Какой альт-лок X соответствует какому альт-локу Y? Возможны ли все 4 сочетания? Какое сочетание невозможно? Сделайте картинку с ним, объясните, почему оно невозможно. Какое сочетание кажется вам наиболее стабильным? Сделайте картинки с ним, покажите и/или опишите взаимодействия, стабилизирующие остатки в конкретных конформациях.

Вариант B. Вам дан PDB ID и один остаток X. Рассмотрите альт-локи X. Сделайте для каждого альтлока картинку, на ней покажите стабилизирующие эту конформацию взаимодействия. Какой альт-лок кажется вам стабильнее? Почему? Согласуется ли это с данными по населенности? (Не бойтесь аргументированно не согласиться!)

Задание 2. B-фактор

1 балл

Введение

B-фактор это еще один дополнительный параметр в задаче интерпретации электронной плотности. Он позволяет дополнительно "раздуть" колокол электронной плотности от определенного атома, чтобы лучше объяснить плотность. Заметим, что различение между типами атомов все еще сохраняется, так как для этого важна "высота" колокола, а не его ширина.

А почему возникает необходимость в таком дополнительном параметре? "Размытие" ЭП от атома является следствием неопределенности в его точном положении. Заметьте разницу с альт-локами: в том случае мы точно знаем, что может быть 2, 3, больше определенных положений, а в этом случае мы лишь примерно, с некоторой точностью можем указать на одно. На уровне молекулы такая неопределенность может быть следствием большой термической подвижности данного атома, остатка, петли белка.

В файле PDB B-фактор указан в колонке после населенности.

Собственно задание

Используйте тот же PDB ID. Покажите только остов в стержневой модели (sticks). Покрасьте его атомы по B-фактору: spectrum b, blue_white_red, backbone (см команду spectrum и туториал к практикуму 1). Атомы с низким B-фактором будут покрашены синим, атомы с высоким – красным. Что отражает величина B-фактора? Есть ли связь положения участка белка относительно всей глобулы с B-факторами атомов этого участка? Какая? Сделайте изображение.

Верните отображение sticks для боковых цепей. Перекрасьте, в этот раз для построения шкалы принимая во внимание все атомы, а не только атомы остова: spectrum b, blue_white_red Найдите визуально какой-нибудь один остаток, атомы бокового радикала которого заметно краснеют к его окончанию. Что это говорит нам об этом остатке? Подключите к рассмотрению электронную плотность на разных уровнях подрезки (можете взять 1, 2, 3 или выбрать серию сами, отталкиваясь от опыта, полученного в прошлом практикуме). Есть ли какая-то связь наблюдений за электронной плотностью и величиной B-фактора рассматриваемых атомов? Сделайте изображения, иллюстрирующие ваши размышления.

Задание 3. Соседи

1 балл

Как мы уже выяснили, белок, структуру которого мы видим, открывая запись PDB в Pymol, на самом деле находится не в вакууме и не в растворе, а является частью кристалла. В этом задании вам нужно этот кристалл восстановить. Это делается с помощью GUI так: A > generate > symmetry mates > и желаемая отсечка по расстоянию. Альтернативно вы можете воспользоваться командой symexp:

symexp <objects prefix>, 1xyz, <selection>, 5

где 5 это отсечка.

Используйте тот же PDB ID. Сгенерируйте соседей. Выберите отсечку так, чтобы появилось достаточное количество соседних молекул, чтобы вы могли найти ракурс, который явно иллюстрирует "кристалличность". Сделайте изображение (будьте аккуратны с ray! Большое количество объектов может сделать время рендеринга запредельно большим. Вполне достаточно будет и draw). Мелкие детали не важны – показывайте в виде cartoon или surface.

Посчитайте, со сколькими соседями соприкасается исходная "молекула" белка. Оставьте отображаемыми только эти белки и исходный. Покрасьте каждый в свой цвет, сделайте изображение.