D1 (определение вторичной структуры)

Задание 1. Определение вторичной структуры белка 3OES с помощью одной из программ: DSSP или Stride

✧ Для выбранной ранее ГТФазы RhebL1 с PDB-кодом 3OES была получена информация (из PDB-файла) об элементах вторичной структуры (рисунок 1).

Рисунок 1. Элементы вторичной структуры белка 3OES

✧ Были показаны α-спирали. На рисунке 2 α-спирали выделены розовым, а на рисунке 3 изображены только они. Всего 6 α-спиралей.

Рисунок 2. α-спирали (розовым) в структуре 3OES

Рисунок 3. Показаны все 6 α-спиралей в структуре 3OES

✧ C помощью SRTIDE, проанализировал вторичные структуры белка 3OES. Ниже приведена ссылка на текстовый файл (работа SRTIDE), а также рисунок 4 и 5 с предсказанием вторичных структур.

Выдача программы SRTIDE

Рисунок 4. Выдача STRIDE (из текстового файла выше - для удобства)

Рисунок 5. Выдача STRIDE. Красным обозначены α-спирали, зеленым обозначены β-тяжи, желтым - линкеры, синим - спирали типа 3₁₀ (о данном типе спиралей написано в выводе)

Вывод к заданию 1:

1) Сравнивая рисунки 1 и 4, можно заметить, что программа STRIDE обнаружила все 6 β-тяжей. Границы между тем, что мы видим из PDB-файла совпадают с тем, что выдала программа, за исключением тяжа 6-13 из PDB, который программа STRIDE "укоротила" до 6-12. Остальные β-тяжи предскзаны программой верно.

2) Для α-спиралей ситуация немного другая. Дело в том, что существует несколько типов спиралей: типичная α (индексируются, как 4₁₃) предсталена чаще, поскольку на карте Рамачандрана (для спирали из аланина) именно спираль α лежит глубоко внутри разрешенной области, другие типы спиралей, к которым относится и 3₁₀, находятся на краю разрешенной области, поэтому у них возрастают конформационные напряжения. (Из учебника А.В.Финкельштейна и О.Б.Птицина "Физика белка"). 3₁₀ - эта такая спираль, где "3" - означает связь со 3-м по цепи остатком, а "₁₃" - число атомов в цикле замыкаемом этой связью. Видно, что для всех α-спиралей границы STRIDE и PDB не совпадают.

Задание 2. С помощью SheeP построить карту одного из бета-листов в структуре белка 3OES

✧ Были показаны β-тяжи. На рисунке 6 β-тяжи выделены красным, а на рисунке 7 изображены только они. Всего 6 β-тяжей.

Рисунок 6. β-тяжи (красным) в структуре 3OES

Рисунок 7. Показаны все 6 β-тяжей в структуре 3OES

✧ Как было показано выше, программа STRIDE обнаружила все 6 β-тяжей. Границы между тем, что мы видим из PDB-файла совпадают с тем, что выдала программа, за исключением тяжа 6-13 из PDB, который программа STRIDE "укоротила" до 6-12. Остальные β-тяжи предскзаны программой верно. Далее, с помощью SheeP, построил карту на основании данных программы STRIDE (в качестве beta-sheets detector выбрал Original STRIDE) для всех 6-и β-тяжей. Выдача программы SheeP представлена на рисунке 8. А ниже выводы о том, совпадают ли предсказания SheeP с тем, что мы видим в PDB.

Рисунок 8. Выдача программы SheeP. На карте, построенной SheeP, присутствуют все 6 β-тяжей, которые образуют β-лист. Красным цветом обозначена сторона листа, обращенная в гидрофобную область (ядро), а желтым сторона, обращенная в гиброфильную полость.

✧ В выдаче SheeP, один столбик соответствует одному хребту β-тяжа (сrest). C помощью JMol были показаны все β-тяжи (рисунок 9) и хребет 4 (рисунок 10), соответствующий 5 столбцу на карте SheeP (т.к. нумерация хребтов начинается с нуля) - Thr144, Val115, Val82, Ile11, Asp60, Asn41.

Рисунок 9. β-лист (выделен желтым)

Рисунок 10. β-лист (выделен желтым) с хребтом 4 (Сα-атомы которого выделены также желтым, но в виде больших сфер)

✧ Теперь попробую объяснить, как устроена поверхность β-листа. Если мы возьмем листок бумаги, у него будет верхняя сторона и нижняя. Поскольку SheeP умеет предсказывать куда обращены хребты, с помощью JMol были получены 2 рисунка (11 и 12), объясняющие работу SheeP.

Рисунок 11. Красным показаны гидробофные остатки, выходящие на одну сторону, серым между ними показаны гиброфильные, направленные в другую сторону.

Рисунок 12. Тот же рисунок 11, только на него "надета" функция cartoon, которая передает ту самую абстракцию листа, описанную мной выше. Здесь гидрофобные остатки из рисунка 11, вывернуты влево и вверх, а гидрофильные вправо и вниз.

✧ И последним заданием было нарисовать карту водородных связей, к счастью, SheeP делает это сам. В задании просили нарисовать схему для 3-ех тяжей, но поскольку у меня всего 1 лист с 6-ю тяжами, я решил продемонстрировать полную карту. На рисунке 13 представлена схема водородных связей.

Рисунок 13. Показана карта водородных связей между шестью тяжами (палочками: для параллельных - прямыми, для антипараллельных - косыми).

Вывод к заданию 2:

1) Как было написано выше, SheeP построил карту со всеми 6 β-тяжами. 5 β-тяжей из 6 полностью совпали с тем, что выдала программа STRIDE, и эти же 5 тяжей полностью совпали с разметкой в PBD-файле (тяжи 144-147, 114-119 и 80-86, 54-61 и 40-47). Ранее было написано, что есть несоответствие для тяжа 6-13, в STRIDE он предсказан, как 6-12, такой же результат выдал SheeP.

2) Благодаря SheeP, понятно, как устроен β-лист, а именно, куда и как обращены его гиброфобная и гидрофильная стороны. Также получена карта, демонстрирующая водородные связи между тяжами в листе.