Разметка вторичной структуры

Задание 1. Знакомство с укладками

В этом задании нам было дано 10 pdb-структур, соответствующие им последовательности демонстрируют не более 40% попарного сходства.
При наложении структур командой super мы получаем следующую картину: рис. 1, рис. 2

Рис. 1. Наложение pdb-структур (смотрим "со стороны" альфа-спиралей)
Рис. 2. Наложение pdb-структур (смотрим "со стороны" бета-слоев)

Можно заметить, что некоторые структуры достаточно хорошо соответствуют друг другу по пространственному расположению их компонент, некоторые имеют "неполные" петли (прерывания в структуре). В качестве опорной структуры была взята 1j3jB00. На ее примере рассмотрим основные элементы вторичной структуры, характерные для всех предложенных записей pdb (рис. 3).

Рис. 3. Основные элементы вторичной структуре в предложенном наборе pdb-записей на примере 1j3jB00

Элементы вторичной структуры, которые достаточно хорошо воспроизводятся во всем набое данных (на примере 1j3jB00):

- бета-слой 1 (11-18 + 181-187 + 205-210 + 214-215 + 219-228 остатки цепи B) ~ brightorange
- бета-слой 2 (101-104 + 123-127 + 160-163 остатки цепи B) ~ orange
- альфа-спираль 1 (52-63 остатки цепи B) ~ paleyellow
- альфа-спираль 2 (146-155 остатки цепи B) ~ yellow
- альфа-спираль 3 (167-176 остатки цепи B) ~ limon
- альфа-спираль 4 (106 - 111 остатки цепи B) sand

Таким образом, мы видим, что в составе рассматриваемых нами структур есть компоненты как альфа-спиралей, так и бета-слоев. Теперь рассмотрим попарное наложение структур (1j3jB00 со всеми остальными) - рис. 4.

Рис. 4. Попарное сопоставление структуры 1j3jB00 с остальными

В целом, можно сказать, что все pdb-записи похожи по наличию в них упомянутых элементов вторичной структуры (6 штук, описаны выше). Различия наблюдаются, в некоторых случаях, в положении этих элементов в пространстве, в их длине (некоторые элементы включают в себя большее или меньшее число аминокислот). Также стоит сказать о различиях в длине предложенных структур и положении петлевых участков. Некоторые записи включают в себя элементы вторичной структуры, не встречающиеся в остальных белках выборки (более подробно пример будет рассмотрен в следующем задании).


Задание 2. Работа с разметкой вторичной структуры в ручном режиме

Различия в разметке вторичной структуре рассмотрим на примере "петлевого" участка. Так, в записи 1j3jB00 позиции 132-135 проаннотированы как компоненты спирали (в нашем случае это - 3_10-спираль). В структуре 2hxvA02 в этой области пространства находится петлевой участок, включающий в себя остатки 250-252 (они не принадлежат ни спирали, ни бета-слою). Для начала рассмотрим взаиморасположение аминокислот в 1j3jB00 (рис. 5).

Рис. 5. Спираль 3_10 в структуре 1j3jB00

Мы видим, что водородные связи формируются между следующими остатками: Lys 132 B (j) и Asp 135 B (j + 3), а также Lys 133 B (i) и Phe 136 (i + 3). Водородные взаимодействия, реализующиеся во вторичной структуре между i-м и (i+3)-м остатками дают возмоность предполагать, что перед нами действительно 3_10 спираль. Они менее распространены, чем альфа-спирали, зачастую достаточно короткие (что мы можем также наблюдать и в нашей структуре). Думаю, PyMol правильно отобразил расположение спирали в данном участке структуры 1j3jB00.

На позициях 250-252 2hxvA02 находятся следующие остатки: Tyr250, Pro251, Pro252 (рис. 8). Не удивительно, что данный участок не был размечен как альфа спираль, ведь в нем целых два пролина - геометрия участка не соответствует альфа-спирали.

Рис. 8. Участок 250-252 в структуре 2hxvA02

Можно сказать, что данное структурное различие оправдано, так как аминокислотный состав рассматриваемого участка обеих структур геометрически вполне соответствует отображаемым элементам.

Задание 3. Работа с разметкой вторичной структуры в автоматическом режиме

Обсуждение данного задания, с выводами и иллюстрациями доступно по ссылке.