2025
2024
2023
2021
2020
2019
2018
2017
Электронная плотность
Задание 1. ЭП: хорошая и плохая расшифровки.
Для работы вам понадобится освежить навыки использования PyMol. Презентация с подсказками - тут, про ЭП подробно на слайдах 50-55.
Вам дано два PDB ID (PDB1, PDB2), их можно найти на отдельном листе в ведомости. Они соответствуют двум кристаллографическим расшифровкам одного и того же белка, при этом их качество сильно различается. Откройте структуры в Pymol. Есть ли различия, которые сразу бросаются в глаза?
Ваши структуры могут быть не совсем идентичны в плане состава: могут быть разные ионы, добавки к растворителю, лиганды, возможно даже единичные замены. Эти различия не стоит рассматривать как следствия из разного качества моделей.
Скачайте их карты электронной плотности, изучите их с помощью volume или mesh. Подготовьте 2 изображения. На них отобразите один и тот же регион в двух структурах. Покажите электронную плотность только вокруг остова на одном и том же уровне подрезки (подберите carve так, чтобы ничего не терялось, но и от боковых радикалов плотность по возможности не попадала). Опишите различия. В какой записи плотность лучше согласуется с положениями отдельных атомов? О чем это говорит? Какая структура, по вашему мнению, имеет лучшее разрешение? Почему вы так решили? Зайдите на страницы ваших записей в PDB, возьмите оттуда значения разрешения, приведите их в отчете. Совпали ли ваши выводы с информацией на сайте?
Задание 2. ЭП и положение в структуре.
Работайте с PDB3 (на том же листе в ведомости). Постройте серию mesh'ей вокруг остова всего белка (только остова! также не должно быть плотности от соседей белка по ячейке – используйте carve) на уровнях подрезки 1, 2, 3, покажите остов в виде sticks или lines (и ничего больше), подготовьте изображения. Вы заметите, что при переходе 1 -> 2 -> 3 какие-то регионы остова структуры первыми перестают быть покрытыми mesh'ем. Что это за регионы? Где они расположены относительно всей молекулы? Насколько хорошо они взаимодействуют с остальным белком? Есть ли тут тенденция?
Задание 3. Альтернативные положения
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 и PDB id указаны в таблице в ведомости.
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 4. B-фактор
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 важен "объём" 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, что в прошлом задании. 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). Есть ли какая-то связь наблюдений за электронной плотностью и величиной B-фактора рассматриваемых атомов? Сделайте изображения, иллюстрирующие ваши размышления.