Визуализация электронной плотности

Задание 1

В этом задании мне потребовалось анализировать на предмет качества две пространственные структуры урацил-ДНК гликозилазы из Mycobacterium tuberculosis под идентификаторами 2ZHX и 4WPK. Первое,что бросилось в глаза после загрузки структур в PyMol, было наличие нескольких белковых молекул в одной модели 2ZHX, причем явно белки необразовывали олигомерный комплекс.

На следующем шаге был выбран случайно участок с 12 по 29 остаток для визуализации электронных плотностей обеих структур. На рисунках 1 и 2 представлены визуализации с помощью функции volume.

session1
Рис. 1. Визулизация электронной плотности вокруг фрагмента белкового остова, принадлежащей 2ZHX. Объем окрашен градиентом: красные участки соответсвуют наибольшей электронной плотности, голубые – наименьшей.
session1
Рис. 2. Визулизация электронной плотности вокруг фрагмента белкового остова, принадлежащей 4WPK. Окрашивание то же.

Из данных рисунков становится ясно, что плотность в структуре 2ZHX "размазана" вдоль остова с некоторыми сгущениями в области части атомов. Картинка электронной плотности 4WPK больше напоминает сферы (высокая плотность), соединенные перемычками (низкая плотность). По различиям форм электронных плотностей можно сделать вывод, что структура 4WPK имеет лучшее разрешение, чем 2ZHX. Данное заключение подтвержается данными записей с сайта PDB: разрешение для первой структуры составляет 0.98 Å, а для второй – 3.10 Å, почти в 3 раза хуже. Эти структуры использовались в разных целях, более точная нужна была для описания пластичности фермента (судя по названию статьи), а вторая просто описывала белковый комплекс, поэтому в одном из исследовании авторы позволили себе менее точное исследование пространственной структуры белка.

Задание 2

В данном задании нужно было вызуализировать электронную плотность всего остова глутаматного рецептора 2. Его структура имеет идентификатор 2AIX с разрешением 2.17 Å. Плотность визуализировалась функцией isomesh со значением параметра carve 1.

session1
Рис. 3. Визулизация электронной плотности вокруг белкового остова. Уровень подрезки 1.
session1
Рис. 4. Визулизация электронной плотности вокруг белкового остова. Уровень подрезки 2.
session1
Рис. 5. Визулизация электронной плотности вокруг белкового остова. Уровень подрезки 3.

Увеличение уровня подрезки ведет к визуализации более высокой электронной плотности. На рисунке 3 видно, что облака низкой электронной плотности при подрезке на уровне 1 обнаруживаются во всех частях белка и покрывает остов. На уровне подрезки 2 (рис. 4) облаков становится меньше, оголилась одна из петель, которая находится на поверхности белка. На самом высоком уровне подрезке 3 (рис. 5) электронная плотность обнаруживается в основном в коровой области белка, на концах и внешних петлях облаков мало или почти нет. Электронная плотность коррелирует с подвижностью белковых фрагментов, следовательно части белковой молекулы, которые не демонстрируют облаков электронной плотности при уровне подрезки 2 и 3, более подвижны, чем те, которые имеют облака плотности при подрезку на уровне 3. Учитывая этот факт, мы получаем, что коровая часть белка менее подвижна, что логично, поскольку ядро отвечает за формообразование молекулы. Внешние неупорядоченные петли подвижны из-за и постоянного взаимодействия с растворителем и отсутствия стабилизирующих структур. Видимо, наличие вторичной структуры делает фрагмент менее подвижным, высокая электронная плотность регистрируется на альфа-спирали на рис.5, несмотря на то, что на экспонирована.

Задание 3

Метод работы точно такой же, как и в предыдущем задании. Параметр carve был выбран 1.8

session1
Рис. 6. Визулизация электронной плотности вокруг лиганда. Уровень подрезки 1.
session1
Рис. 7. Визулизация электронной плотности вокруг лиганда. Уровень подрезки 2.
session1
Рис. 8. Визулизация электронной плотности вокруг лиганда. Уровень подрезки 3.

В структуре 2AIX белок связан с лигандом 2-AMINO-3-(3-HYDROXY-5-TERT-BUTYLISOTHIAZOL-4-YL) PROPRIONIC ACID, или проще тио-АТПК. Изменение количества облаков резко меняется при переходе к самому высокому уровню подрезки (см. рис. 6-8). Примечательно, что на 3 уровне подрезке электронная плотность визуализирована в основном только для сильно электроотрицательных атомов таких, как кислорода, азота и серы, которые перетягивают электронную плотность на себя. Также облако высокой электронной плотности обнаруживается на полностью замещенном углероде, на него метильные группы донируют часть своей электронной плотности.