Учебный сайт Алены Корягиной

Интерпретация ЯМР структуры

Для сравнения структур, расшифрованных с помощью ренгено-структурного анализа (РСА) и с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР), была выбрана структура сериновой протеазы из Bacillus subtilis. Идентификатор для структуры, исследованной методом РСА — 1IAV(разрешение 1.8Å), ЯМР — 1AH2 (18 моделей).

На взгляд укладки РСА (рис.1) и ЯМР (рис.2) структур сходны, заметны только различия в неструктурированных областях белка, а основные элементы вторичных структур похожи.

Рис.1. Структура сериновой протеазы из Bacillus subtilis, расшифрованная методом РСА (1IAV). Разрешение структуры 1.8Å.Изображение получено с помощью программы pymol.	Рис.2. Структура сериновой протеазы из Bacillus subtilis, расшифрованная методом ЯМР (1AH2). Изображена первая модель из 18. Изображение получено с помощью программы pymol.

Далее было проведено сравнение трех различных водородных связей:
1) остовной водородной связи в α-спирали в ядре белка между валином 244 и аспарагином 248 (рис.3),
2) водородной связь неструктурированного участка в ядре белка между лейцином 75 и аспартатом 41 (рис.4),
3) водородной связи в петлях, выходящих на поверхность глобулы, глутаматом 54 и валином 51 (рис.5).
Связь третьего типа не обнаружена ни в одной ЯМР структуре белка.

А Б

Рис.3. Остовная водородная связь в α-спирали в ядре белка между валином 244 и аспарагином 248. (А) Водородная связь в структуре, расшифрованной методом РСА (1IAV). (Б) Водородная связь в структуре, расшифрованной методом ЯМР (1AH2). Изображение для первой модели. Изображение получено с помощью программы pymol.

А Б

Рис.4. Водородная связь неструктурированного участка в ядре белка между лейцином 75 и аспартатом 41. (А) Водородная связь в структуре, расшифрованной методом РСА (1IAV). (Б) Водородная связь в структуре, расшифрованной методом ЯМР (1AH2). Изображение для первой модели. Изображение получено с помощью программы pymol.

Рис.4. Водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы, между глутаматом 54 и валином 51. Водородная связь в структуре, расшифрованной методом РСА (1IAV). Изображение получено с помощью программы pymol.

В таблице 1 приведены данные о длинах водородных связей в структурах, определенных методами ЯМР и РСА.

Таблица 1. Данные о длинах водородных связей в структурах, определенных методами ЯМР и РСА

Донор связи	Акцептор связи	Положение связи	Расстояние между атомами (Å)				Встречаемость в моделях ЯМР (%)
			РСА	ЯМР
				минимум	медиана	максимум
O VAL244	NH-группа ASN248	остов белка в α-спирали	2.9	2.1	2.2	2.3	100
O ASP41	NH-группа LEU75	неструктурированный участок в ядре белка	2.9	2.1	2.2	2.6	94
O VAL51	NH-группа GLU54	петля, выходящая на поверхность глобулы	3.2	-	-	-	0

Известно, что ЯМР позволяет определять атомы водорода, поэтому можно рассчитывать, что водородные связи будут значительно более точно описаны именно в структуре, расшифрованной ЯМР. В методе РСА же атомы водорода не определяется, поэтому наличие водородной связи приходится предполагать, основываясь на средних значениях длин и углов водороных связей. На основе анализа полученных данных можно сделать некоторые выводы. Во-первых, водородные связи во вторичных структурах внутри белка наиболее стабильны, они имеют примерно одинаковую длину во всех моделях ЯМР и в РСА-структуре. Связи образующиеся в петлях на поверхности структуры между конкретными остатками высоко подвижны. В данном случае была выбрана водордная связь, которая была найдена только в структуре РСА, и ни в одной из моделей ЯМР. При более подробном рассмотрении структур других неструктурированых участков можно заметить высокую вариабельность расположения остатков в этих структурах. Это связано с тем, что эти участки не стабилизированы окружающей жесткой структурой, и поэтому боковые группы могут занимать различные положения. Связи между остатками, не входящими в элементы вторичной структуры, в ядре белка занимают некоторое промежуточное положение по подвижности по сравнению с двумя ситуациями, рассмотренными выше.