Определение вторичной структуры

Для предсказания вторичной структуры был выбран белок, рассматривавшийся ранее в блоке о рентгено-структурном анализе, SucA из Mycobacterium smegmatis (см. Практикум 1, PDB-файл 2yic.pdb). Его 3D-структура (PDB-код 2YIC) показана на Рис. 1 (были оставлены только две цепи белка, которые образуют биологически активный гомодимер).

Рис. 1. Структура SucA (2YIC), покрашенная по элементам вторичной структуры (α-спирали изображены голубым, β-листы красным, а неструктурированные фрагменты темными проволочками). Небелковые компоненты структуры (ионы Mg, Ca и кофермент) показаны оранжевым.

Вторичная структура выбранного белка была определена с помощью серверов DSSP и Stride.

Расшифровка символов, обозначающих вторичную структуру:

H - α-helix
B - residue in isolated β-bridge
E - extended strand, participates in β ladder
G - 3-helix (3₁₀ helix)
I - 5 helix (π-helix)
T - hydrogen bonded turn
S - bend

Полученные результаты для DSSP: в файлe DSSP_2yic.txt и на веб-странице. Результаты алгоритма Stride визуализированы на Рис. 2 и приведены в файле Stride_2yic.txt.

*Рис. 2. Визуализация результатов алгоритма Stride для определения вторичной структуры белка SucA (2YIC).*

Сравнение результатов DSSP и Stride по некоторым элементам вторичной структуры изучаемого белка приведено в Таблице 1.

Таблица №1. Результаты определения вторичной структуры белка SucA (2YIC) с помощью DSSP и Stride, соотнесенные с истинной моделью PDB. (Нумерация остатков совпадала и начиналась с 366 остатка.)

№ Тип вторичной структуры PDB DSSP Stride

1 β-тяж Leu 895 - Gly 900 (цепь А) Leu 895 - Gly 900 (цепь А) Leu 895 - Gly 900 (цепь А)

2 β-тяж Ala 582 - Ile 587 (цепь В) Ala 582 - Ile 587 (цепь В) Ala 582 - Ile 587 (цепь В)

3 α-спираль Asp 713 - Lys 732 (HELIX 17, цепь А) Pro 714 - Phe 731 (цепь А) Pro 714 - Phe 731 (цепь А)

4 α-спираль Val 860 - Gly 874 (HELIX 23, цепь А) Arg 861 - Glu 873 (цепь А) Val 860 - Glu 873 (цепь А)

Исходя из данных, приведенных в Таблице 1, можно сказать, что в случае β-тяжей придраться не к чему: программы DSSP и Stride одинаково определяют начало и конец вторичной структуры, и их результаты идеально сходятся с данными, представленными в PDB-файле (Рис.3).

Рис. 3. Структура SucA (2YIC, покрашена в светло-бирюзовый) с двумя выбранными β-тяжами, для которых совпали начальные и конечные остатки, определенные из PDB, DSSP и Stride (отмечена темно-синим).

Что касается определения начала и конца α-спирали, в PDB-файле в обоих случаях указан наиболее широкий интервал остатков, тогда как DSSP и Stride для первой спирали обрезают с N и C-конца по одному остатку (Рис. 4). Для второй спирали (№4 по Таблице 1) DSSP не определил N- и C-концевые остатки как входящие в спираль (Val 860 и Gly 874 по PDB-файлу, соответственно), а Stride включил в спираль Val 860, но не Gly 874 (Рис. 5).

Рис. 4. Структура 2YIС с выделенной α-спиралью 17: оранжевым обозначены остатки, определенные для данной α-спирали программами DSSP и Stride, а синим - остатки помимо оранжевых, определенные в файле PDB.

Рис. 5. Структура 2YIС с выделенной α-спиралью 23: фиолетовым обозначены остатки, определенные для данной α-спирали и DSSP, и Stride, желто-зеленым - остаток Val 860, определенный в составе спирали только программой Stride (но не DSSP), а красным - остаток Gly 874, не определенный обеими программами, но входящий в спираль по PDB-файлу.

Крайние остатки, обозначенные на Рис. 5 желтно-зеленым и красным действительно могут входить в состав α-спирали: кислород Val 860 образует водородную связь с азотом Leu 864, а азот Gly 874 - с кислородом Met 870 (Рис. 6), что соответствует правилам построения α-спиралей. Т. е. основываясь на этих рассуждениях, можно заключить, что в файле PDB эта спираль (23) наиболее полно охарактеризована.

Рис. 6. Водородные связи в α-спирали 23. Указаны длины водородных связей, позволяющих включить остатки Val 860 (показан желто-зеленым) и Gly 874 (изображен красным) в спираль. Фиолетовым обозначены остатки, определенные для данной α-спирали всеми тремя программами. Остальные обозначения - см. Рис. 5.

Помимо наиболее распространенных типов вторичной структуры белков (α-спиралей и β-тяжей), в данном белке встречаются и более редкие варианты. Ниже представлены пара примеров: 3₁₀ спираль и мостик.

На Рис. 7 изображена 3₁₀-спираль, в которую (по DSSP) входят остатки B: Asp 697 - Ile 702. В PDB-файле в эту спираль входят также соседние остатки с двух концов: Thr 696 - Gly 703. Даже по cartoons видно, что строение этой спирали несколько отличается от типичной α-спирали - в частности, она выглядит более вытянутой.

Рис. 7. Структура 2YIС с выделенной 3₁₀-спиралью (обозначена зеленым). Границы отмечены по определению в PDB-файле.

На Рис. 8 показан мостик из остатков Val 501 - Gly 502 (по DSSP) между двумя α-спиралями. Интересно, что по аннотации Stride эти остатки обозначены как поворот (turn), что по смыслу, пожалуй, больше отражает действительность, так как в этом месте пептидная цепочка поворачивает после одной спирали и перед другой (и как раз присутствует глицин - как типичный остаток, участвующий в повороте).

Рис. 8. Структура 2YIС с показанным поворотом (мостиком по DSSP) между двумя α-спиралями. Два участвующих в повороте остатка выделены розовым.

На страницу седьмого семестра