>

Учебный сайт Макаровой Надежды

Построение и визуализация электронной плотности (ЭП)

Информация о белке

Для работы был выбран белок с PDB ID: 1MQ7. Это дУТФ нуклеотидгидролаза (далее dUTP-ase) из бактерии MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS. Относится к классу гидролаз. Образует гомотример. Далее идет анализ одной субъединицы.
Для этой структуры есть карта электронной плотности (EDS map), файл структурных факторов, имеются подходящие структурные гомологи белка и опубликованные результаты расшифровки

Некоторые параметры структуры:

  • Количество цепей - 1
  • Разрешение структуры - 1.95 Å
  • R-Value Work - 0.197
  • R-Value Free - 0.226

    • Изображение электронной плотности вокруг остова полипептидной цепи

    Для начала был скачен PDB файл 

    fetch 1mq7

    Затем был загружен файл с электронной плотностью

    load 1mq7.ccp4, 1mq7_map

    Команда для получения изображения электронной плотности вокруг остова полипептидной цепи.

    isomesh full_protein, 1mq7_map, 1, 1mq7, carve = 2

    Где 1 - уровень значений электронной плотности, по которым строится поверхность (σ сигма или уровень подрезки), carve = 2 - расстояние от каждого атома в ангстремах, для которого показана электронная плотность. На Рисунке 1 представлена электронная плотность для трех уровней подрезки (σ = 0.5, 1, 2) Наиболее приемлемое изображение ЭП достигается при σ = 1, когда нет "непокрытых" участков (как при σ = 2), а плотность выглядит не так загруженно, как при σ = 0.5.

    Рисунок 1. Визуализация электронной плотности вокруг полипептидной цепи при различных уровнях подрезки. Сверху вниз: при σ = 0.5, при σ = 1, σ = 2.

    Изображение ЭП вокруг нескольких боковых радикалов полипептидной цепи

    Далее были выбраны несколько аминокислотных остатка, чтобы посмотреть как определена ЭП на боковых цепях. TYR86 и HIS106 находятся на поверхности белка, в то время как THR47 располагается внутри белковой глобулы. Во-первых можно увидеть, что на уровне подрезки 0.5 и 1 все этомы во всех остатках покрыты. С увеличением уровня подрезки, область покрытия уменьшается. Остается у атомов кислорода и азота. Если сравнить ЭП вокруг среди остатков, то можно заметить, что у лежащего в глобуле белка THR она больше, чем у остатков на поверхности. К тому же у THR она сохраняется на уровне подрезки 3, в то время как ЭП у TYR и HIS почти полностью отсутствует. Результаты представлены на Рисунке 2.

    Рисунок 2. Визуализация электронной плотности вокруг боковых остатков цепи (TYR86, HIS106, THR47) при различных уровнях подрезки. Сверху вниз: при σ = 0.5, σ = 1, σ = 2, σ = 3.

    Интересно также отметить, что электронная плотность вокруг тирозина убывает не очень равномерно с увеличением уровня подрезки. Не было замечено распределение ЭП по кольцу с выраженной "пустой" серединой. На уровне подрезки 1,5 и 2 ЭП сразу сосредотачивалась на C beta атоме и ближнем к нему углероде ароматического кольца.

    У HIS на уровне подрезки 0.5 была небольшая область без ЭП. На уровне подрезки 1 это область уже покрывалась. У этого остатка ЭП на уровне подрезки 2 и выше была наименьшая

    Вывод: в целом, координаты атомов модели соответствуют сгущениям электронной плотности. Однако, центры отдельных атомов увидеть нельзя. Положение боковых групп и остова можно различить.