2023
2022
2021
2020
2018
2017
2016
2015
Стабилизирует ли лиганд взаимодействующие с ним петли белка? Автоматизация. B-факторы.
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 этой колонке 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
Задание 1: на глаз
Возьмите пару PDB из таблицы. Откройте связанную с лигандом форму в PDB. Выделите остатки сайта связывания (br. protein w. 5 of ligand). Запомните/запишите их номера. Покажите эти остатки в виде sticks, лиганд в виде sticks, все остальное в виде cartoon. Покрасьте белок по b-factor. Сохраните картинку, на которой виден сайт связывания в контексте всего белка.
Откройте свободную форму. Создайте выделение тех же остатков, что и в связанной форме, их покажите в виде sticks, все остальное в виде cartoon. Также покрасьте белок по b-factor. Сохраните картинку. Сохраните сессию.
Приводя изображения, ответьте на вопросы:
- стали ли остатки сайта связывания менее подвижными после прихода лиганда?
- изменили ли они свое положение вследствие связывания лиганда?
NB: внимательно изучите, что есть ваш лиганд. Это, например, может быть пептид, а не какой-либо HETATM. Действуйте соответствующе.
Покрасить по b-factor -- это как?
spectrum b, blue_white_red, selection
(см команду spectrum и туториал к практикуму 1). После этой команды атомы с низким B-фактором будут покрашены синим, атомы с высоким – красным. Можно использовать любую другую цветовую схему PyMol.
Задание 2: в Python
Пункт "запомните номера остатков", несомненно, звучит сомнительно для биоинформатика. Как и оценка чего-то "на глаз". Можно ли сделать этот анализ как-то иначе? Конечно!
Будем использовать ProDy – библиотеку для работы со структурами белков.
[ Туториал ProDy ]
NB: я привык импортировать prody как pd. Если для вас pd значит pandas, спокойно используйте любое другое удобное для вас сокращение, это вообще не принципиально.
Наша задача – не выходя из Python получить направления изменения b-факторов остатков сайта связывания и сделать вывод. Однако, есть нюанс. В визуальном сценарии цветовая шкала задавалась от минимального значения внутри выделения до максимального значения внутри выделения. Таким образом, шкалы для двух разных записей PDB были различными. Звучит сомнительно. А было бы больше смысла в использовании единой шкалы? К сожалению, нет, так как в разных экспериментах числа b-фактора могут значить немного разные вещи. Что делать в таком случае? Переводить все в Z-скоры. Напишите функцию и примените ее к B-факторам каждой модели независимо. Далее под "b-фактор" будет иметься в виду нормализованное таким образом значение.
Используя инструменты выделения, получите номера остатков, образующих сайт связывания в структуре с лигандом. Используйте их в задании выделения множества атомов для свободной структуры. Получите для каждого остатка из кармана связывания b-factor как среднее от b-factor'ов всех его атомов. В какую сторону изменились средние b-factor'ы остатков кармана связывания после связывания лиганда? Сделайте информативный график (например, scatter b-факторов свободной формы против связанной, проведите диагональ). Прокомментируйте его.
Если хотите, можете сделать детализацию до атома, не делая усреднение по остатку. Внимательно проверьте, что сравниваете значения для одного и того же атома в разных записях PDB.
Направления на допбаллы
- Считаете ли вы, что должна существовать какая-то общая тенденция по стабилизации (rigidification) карманов связывания после связывания с лигандами? Или, возможно, для каких-то случаев host-guest interactions это не должно работать? Или, наоборот, это будет работать только для определенной группы комплексов? Или не стоит вовсе ожидать каких-либо закономерностей? Как проверить ваши предположения, как можно построить дизайн вычислительного эксперимента?
- Как еще решают проблему с несопоставимостью B-факторов между разными записями PDB? Что вам кажется наиболее разумным?