2024
2023
2022
2021
2020
2019
2017
2016
Практикум 3. 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!)
Последние три строки в таблице - бонусные, более сложные варианты того же задания. Если хотите их взять, сообщите мне, я застолблю вариант за вами. За такой вариант будет больше баллов, если он хорошо проработан.
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.
Вы можете использовать любую другую цветовую схему
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". Удобно на этом этапе работать с типом отображения белка "surface" или "cartoon", так как нам пока не важны мелкие детали. Сделайте изображение (будьте аккуратны с ray! Большое количество объектов может сделать время рендеринга запредельно большим. Вполне достаточно будет и draw).
Посчитайте, со сколькими соседями соприкасается исходная "молекула" белка. Оставьте отображаемыми только эти белки и исходный. Покрасьте каждый в свой цвет, сделайте изображение.
Дополнительные баллы. Сколько есть уникальных по строению зон контакта? Опишите их, приведите изображения зон контакта. Какие взаимодействия поддерживают кристаллическую структуру в каждой зоне? Отражают ли контакты в кристалле природные взаимодействия этих белков при ди- или олигомеризации? Возможно ли, на ваш взгляд, образование такого комплекса при физиологических условиях? Почему?