Задание 1: Восстановление электронной плотности в PyMol

Для издевательств работы была выбрана лактатдегидрогеназа (ЛДГ) CRYPTOSPORIDIUM PARVUM, pdb-индекс структуры 4nd1. Попытки взять белки млекопитающих и человека приводили к ненахождению даже трёх структурных гомологов, удовлетворяющих критериям сходства: RMSD не менее 0,8 и не более 3 Å, совпадение структуры выше 50%. Поиск структурных гомологов вёлся на ресурсе PDBeFold. Ни для гистонов, от которых ожидалась высокая структурная гомология, ни для циклинов и циклин-зависимых киназ, ни даже для гексокиназ 5 гомологов не нашлось.
Доступны файлы:
  1. pdb4nd1.ent - модель ЛДГ
  2. 4nd1.ccp4 - экспериментальные данные по электронной плотности

Использовался PyMOL 2.0.4

Функция электронной плотности зависит от отношения заряда к объёму. Объём может быть задан как сфера, описываемая радиус-вектором r с началом в центрах ядер атомов (точнее, в фокусах орбит электронов, но разница обычно несущественна). Зафиксировав значение функции электронной плотности какой-нибудь константой - назовём её "уровнем подрезки" - зададим поверхность, где функция постоянна. Меняться будут длина и направление радиус-вектора,описывающего эту поверхность. Причём чем больше уровень подрезки, тем меньше радиус поверхности, поскольку функция электронной плотности убывает с увеличением r.

Электронная плотность остова ЛДГ:

Использовались уровни подрезки электронной плотности 1 (рис.1), 0,5 (рис. 2) и 0,3 (рис. 3).
Команды: (pdb4nd1.ent и 4nd1.ccp открыт в PyMOL)
hide all #прячем всё
select ostov, name=ca+c+n+o #выделить атомы остова - Сα, карбоксилы и азоты в группу выделения с названием "ostov"
color splitpea, ostov # красим ostov в цвет splitpea
show sticks, ostov # отображаем ostov палочками
isomesh el_dens, 4nd1, 1, ostov, 2, carve=2 # создать сетчатую поверхность с названием el_dens по карте электронной плотности 4nd1 с уровнем подрезки 1 для группы атомов ostov, внутри параллелепипеда в 2Åот центра атома
(Для разных уровней подрезки использовались разные цвета isomesh'а).

Рис. 1: электронная плотность остова, уровень подрезки = 1

Рис. 2: электронная плотность остова, уровень подрезки = 0,5

Рис. 3: электронная плотность остова, уровень подрезки = 0,3
Для покрытия углеродного остова поверхностью электронной плотности хватает уровня подрезки 0,5.

Электронная плотность отдельных остатков:

Для визуализации выбрана петля остатков 98-101 (Pro-Ile-Ser-Ala), закрывающая вход в активный центр ЛДГ во время переноса электронов. Команды: (pdb4nd1.ent и 4nd1.ccp открыт в PyMOL)
hide all #прячем всё
select ploop, resi 98-101 #выделить аминокислотные остатки 98-101 в группу выделения с названием "ploop"
show sticks, ostov # отображаем ostov палочками
isomesh el_dens, 4nd1, 0.5, ploop, 2, carve=2 # создать сетчатую поверхность с названием el_dens по карте электронной плотности 4nd1 с уровнем подрезки 1 для группы атомов ploop, внутри параллелепипеда в 2Åот центра атома color gray60, el_dens # красим поверхность в цвет gray60
Рис. 1: электронная плотность петли, уровень подрезки = 0,5
На рисунке слегонца задеты электронные плотности соседей, но подгонкой решила не заниматься.

Заключение:

Судя по тому, что "эквипотенциальная" поверхность электронной плотности покрывает атомы, относительно которых выстроена, и симметрична относительно них, центры атомов совпадают с началами радиус-векторов, используемых для построения поверхности.