Практикум 2. Электронная плотность

Задание 1

В данном задании работали с двумя PDB-файлами, относящимися к структуре глобулярного домена адипонектина человека: 6U66 и 4DOU. Выровнив структуры, начали анализировать различия. Есть несколько "пробелов" в выравненных структурах: это объясняется тем, что в одной из структур нет координатов сответствующих остатков, а в другой - есть (это было дополнительно проверено при открытии и просмотре двух структур по отдельности; эти остатки были выделены серым цветом, в то время как остальные остатки были окрашены; к тому же, в консоль выводилось сообщение, что у выбранных остатков координаты не конкретизированы). Также различались немного конфигурации вторичных структур, но аминокислотные остатки в двух структурах идентичны, и поэтому не особо критично.

struct_changes — **Рис.1.** Различия в структурах 6U66 (светло-оранжевый) и 4DOU (сиреневый) (и да, внезапно два боковых радикала метионина (розовые), выходящие из одного атома Cα в остове, в 6U66 (хотя в последовательности фигурирует один метионин на этом месте), которые выровнились на метионин в 4DOU (и он один)).

При получении структуры кристалла измеряется коэффициент заполнения: для данных координат атома коэффициент заполнения показывает, какой процент элементарных ячеек кристалла содержат атом в указанной позиции, в данном случае, не во всех молекулах внутри кристалла Met-128 находится в одной конфигурации, а оттого наблюдаются в одной позиции два метионина в итоговой структуре.

Далее скачиваем карты электронных плотностей данных структур, и с помощью isomesh строим электронную плотность вокруг остова (увы, не получилось при разных уровнх carve и подрезки не захватить атомы радикалов (при регулировке обоих параметров или пропадала плотность, или много захватывалось с боковых радикалов), поэтому пришлось пойти на крайние меры: сначала выбрать остов, потом интересующий участок, и для него уже показывать плотность, регулируя нормально параметр carve на участке 133-137, соответствующему бета-листу (рис.2, ссылка на сессию).

density_adipohuman — **Рис.2.** Различия в электронных плотностях 6U66 (A) и 4DOU (B)

Команды для 6U66:

            select 6U66 and resi 133-137 and backbone and chain A
            isomesh 6U66_beta_mesh, 6U66_2fofc, 1, 6U66_beta, carve=1.2

Команды для 4DOU:

            select 4DOU and resi 133-137 and backbone and chain A
            isomesh 4DOU_beta_mesh, 4DOU_2fofc, 1, 4DOU_beta, carve=1.4

Итого имеем следующее: разрешение у структуры 6U66 лучше, чем у 4DOU, и лучше согласуется с положениями отдельных атомов; она более округлая, и сферы наиболее сконцентрированы у отдельных атомов; напротив, у 4DOU электронная плотность равномерно распределена таким "облаком", и сферы не вырисовываются. Согласно данным из базы данных PDB, разрешение у исследуемых структур такие: 2.00 Å и 0.99 Å у 4DOU и 6U66, соотвестственно, что подтверждается нашими наблюдениями.

Задание 2

Дан PDB-файл с ID 1J17 (комплекс мутантного крысиного трипсина (X99/175/190RT) со специфичным ингибитором фактора XA). На рис.4 представлена серия mesh-изображений электронной плотности на разных уровнях подрезки (от 1 до 3) и одном и том же значении carve, равном 1.5.

При увеличении уровня подрезки (σ) в молекуле появляются участки, не покрытые электронной плотностью: в основном, это атомы, наиболее отдалённые от центра молекулы, в частности, нижняя часть молекулы становится совсем не покрытой электронной плотностью, поскольку нет влияния от атомов сверху, а потому и взаимодействия с остальной частью белка малы и плохо детектируются.

Задание 3

Продолжаем работать с PDB-файлом с ID 1J17 и смотреть на изображение электронных плотностей на разных уровнях подрезки, но уже для лиганда (рис.5). На уровне подрезки 1 не все атомы (в частности, в ароматическом кольце) покрыты электронной плотностью; при увеличении σ она сосредотачивается больше на атомах кислорода, серы, хлора (более электроотрицательные) (хотя там много ароматических колец, которые могут забрать на себя электронную плотность, атом хлора намного сильнее её оттягивает на себя, как и сера с кислородом) и ион кальция (оттягивает электронную плотность с электротрицательных атомов белка).

1J17_ligands — **Рис.5.** Различия в разных уровнях подрезки при изображении электронной плотности лигандов 1J17 (ZEN, SO₄, Ca): A - 1, B - 2, C - 3 (ссылка на сессию).