>

Учебный сайт Макаровой Надежды

Анализ ЯМР файла

Для работы была выбрана структура человеческого белка теплового шока HSPC034, для которой есть и файл РСА (рентгено-структурного анализа) и файл ЯМР (ядерно-магнитного резонанса).

  • PDB для РСА-файла - 1TVG, разрешение - 1.6 Å
  • PDB для ЯМР-файла - 1XPW, число моделей - 20

    • На Рисунке 1 представлены наложенные друг на друга (команда align) структуры, полученные методом РСА и ЯМР. По данному рисунку можно сказать, что структуры, полученные двумя разными методами визуально хорошо соотвествуют друг другу. Только на концах последовательности и в петлях положение атомов немного различается. Также можно заметить участок, где наблюдается различие в определении вторичной структуры.

    Рисунок 1. 20 моделей ЯМР файла 1XPW (зеленый цвет) и структура белка HSPC034 из файла 1TVG (желтый цвет).

    Для дальнейшего сравнения структур РСА и ЯМР были выбраны водородные связи между аминокислотными остатками в разных участках глобулы, на разном расстоянии от поверхности белка и с определенной вторичной структурой:

  • остовная связь в бета-листе (Ile64(N) + Glu103(O)) - Рисунок 2
  • остовная связь в петле (Thr96(O) и Gln99(N)) - Рисунок 3
  • связь между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы белка (Thr60(OG1) и SER127(OG)) - Рисунок 4

    • Номера остатков заданы по структуре, расшифрованной с помощью РСА. Нумерация остатков в структурах РСА и ЯМР не совпадает для остатка SER128 (в ЯМР это 127).

    Считали, что водородная связь образуется, если между взаимодействующими атомами расстояние меньше, чем 3.5 А.

    Так как в данной структуре нет водородных связей между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы, выбранные остатки расположены не в самой глобуле, а ближе к ее поверхности.

    Выбранные остатки и их взаимодействия в струткуре 1TVG (РСА) показаны на Рисунках 2-4.

    Рисунок 2. Водородные связи между остовными атомами внутри глобулы белка в бета-листе.Участвующие в контакте аминокислотные остатки - Ile64(N) и Glu103(O). Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано справа.
    Рисунок 3. Водородные связи между остовными атомами в петле. Участвующие в контакте аминокислотные остатки - Thr96(O) и Gln99(N).

    Рисунок 4. Водородные связи между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы белка. Участвующие в контакте аминокислотные остатки - Thr60(OG1) и SER127(OG). Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано справа.

    Взаимодействия между выбранными остатками были проанализированы в ЯМР-структуре. Оценивали min, max, median длину связи по всем 20 моделям. Так же смотрели, в каком проценте моделей встречается данная связь. Результаты представлены в Таблице 1

    Таблица 1. Сравнение трех водородных связей в структурах белка, расшифрованных с помощью ЯМР и РСА
    Донорно-акцепторная пара РСА ЯМР
    d(Å) % Положение dmin (Å) dmax (Å) dmedian (Å)
    Ile64(N) - Glu103(O) 2.8 100 остов в бета-листе 2.8 3.2 3
    Thr60(OG1) и SER127(OG) 2.1 30 боковые цепи в глобуле белка 2.7 3.7 2.7
    Thr96(O) и Gln99(N) 3 20 остов в петле 3.1 3.4 3.1

    По результатам анализа водородных связей в двух структурах, полученных разными методами, можно сделать следующие выводы:

  • В ЯМР получаем структуру белка в растворе, а в РСА - в кристалле.
  • В растворе белок гораздо более подвижен. Подвижен он в участках, которые не имеют вторичной структуры и находятся на поверхности глобулы (обычно N- и С- концевые участки, а так же петли).
  • О подвижности белка можно судить по водородным связям в ЯМР структурах (их длинам, их разбросу длин, а также представленности связи в моделях ЯМР)
  • В участке, который находится внутри глобулы в структурированной части (в бета-листе), водородная связь присутствует во всех моделях, а разброс длин связей наименьший относительно двух других примеров.
  • В участке, который находится в петле и на поверхности белка, водородная связь присутствует только в 20% ЯМР структур, что свидетельствует о подвижности остатков в этой области.
  • Данные о водородной связи между остатками внутри глобулы позволяют заключить, что подвижность боковых цепей гораздо выше, чем подвижность остова.
  • Параметры для всех трех водородных связей примерно совпадают между РСА и ЯМР структурами. (лучше - в структурированных участках, хуже - в подвижных)