Практикум 3. Python для структур и не только
1.Prody и B-факторы часть 1
Prody - это бесплатный пакет Python с открытым исходным кодом для анализа структурной динамики белков. Поищем с его помощью остатки белка 6AF7 с различными значениями В-фактора.Остаток с максимальным средним значением В-фактора - LYS-188, среднее значение В-фактора - 46,95.
Остаток с минимальным средним значененим В-фактора - ASP-24, среднее значение В-фактора - 8,63.
| Название остатка | Среднее значение В-фактора | Разброс значнений В-факторов атомов |
|---|---|---|
| LYS-188 | 46,95 | 65,42 |
| ASP-24 | 8,63 | 1,25 |
Общий вид расположения найденных остатков.
Как видно, лизин - терминальный остаток. Его атомы более подвижны и это одна из причин, по которой он обладает наибольшим средним значением В-фактора. Он не стабилизируется водородными связями с атомами белка. Лизины у соседей по кристаллу находятся рядом друг с другом, но между ними нет водородных связей. Они "лежат" на поверхности, удерживаясь там, видимо, какими-то электростатическими взаимодействиями.
LYS-188 на поверхности у двух белков-соседей
Аспартат находится в альфа-спирали. Его пололжение стабилизирует водородная связь с азотом аргинина ARG-28. Также он плотно спрятан между соседними молекулами белка в кристалле.
Водородная связь ASP-24 с азотом аргинина ARG-28
2.Prody и B-факторы часть 2
Далее для кажого остатка и для всего белка были посчитаны центры масс. Ниже представлен график зависимости среднего значения В-фактора остатка от его расстояния до центра масс.
Как видно на графике, чем ближе остаток находится к центру белка, тем меньше его среднее значение В-фактора.
3.Как работает восстановление функции электронной плотности по экспериментальным данным
В этом задании нужно на одномерном примере показать восстановление ЭП по экспериментальным данным.Для начала создадим "молекулярную систему" и функцию ЭП для нее с помощью следующей команды:
compile-func.py -g 8,3,5+14,3,6.5+8,3,8+1,3,12+6,3,13+7,3,14.2 -o func.txt
Получаем текстовый файл, в котором отражена зависимость ЭП от координаты.
Первые три пика - это молекула оксида кремния, вторые три пика - синильная кислота.
Восстановление ЭП с разными параметрами
Ниже представлены графики, где непрерывной черной линией показана начальная функция ЭП, а пунктирной линией показаны восстановленные функции ЭП. Были выбраны полные гармоники с n = 10, n = 20 и n = 40. Для восстановления по неполным гармоникам были выбраны следуюшие наборы: со 3 по 30 гармоники, набор с пропущенной каждой шестой гармоникой (0-4, 6-10, 12-16, 18-22, 24-28, 30-34, 36-40), набор с пропуском "в центре" (0-15, 30-40) и набор с пропуском центре и без первых 5 гармоник в начале (5-19, 25-40).Итоговую таблицу с разрешениями и оценкой качества восстановления можно найти тут.
Восстановление функции ЭП без добавления шума к амплитуде и фазе. Полные гармоники
№1
№3
№2
Рис 1. Набор графиков востановленной функции ЭП по полным гармоникам. Непрерывная линия -
исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
Видно, что при n = 10 отдельные пики отличить невозможно, можно только угадать общий размер молекул и их количество. При n = 20 пики меньше изначальных, но можно определить значение максимума и пики не сливаются с шумом, кроме атома водорода. При n = 40 картина выглядит еще лучше - графики почти полностью совпадают. Так как понятно, что качество восстановления при n = 10 плохое и вряд ли станет лучше при добавлении шумов, не будем рассматривать его далее (но данные есть в итоговой таблице).
Видно, что при n = 10 отдельные пики отличить невозможно, можно только угадать общий размер молекул и их количество. При n = 20 пики меньше изначальных, но можно определить значение максимума и пики не сливаются с шумом, кроме атома водорода. При n = 40 картина выглядит еще лучше - графики почти полностью совпадают. Так как понятно, что качество восстановления при n = 10 плохое и вряд ли станет лучше при добавлении шумов, не будем рассматривать его далее (но данные есть в итоговой таблице).
Восстановление функции ЭП без добавления шума к амплитуде и фазе. Неполные гармоники
Данные эксперимента нечасто содержат в себе полные наборы гармоник, поэтому попробуем восстановить ЭП по неполному набору гармоник.
№1
№3
№2
№4
Рис 2. Набор графиков востановленной функции ЭП по неполным гармоникам. Непрерывная линия -
исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
При удалении первых трех гармоник атомы все еще различимы, можно определить их положение. При удалении каждой шестой гармоники пики становятся меньше по амплитуде, вырастает амплитуда шума. В наборе 3 появляются как будто лишние атомы в первой молекуле. В наборе 4 вторую молекулу невозможно отличить от шума, кислороды в оксиде кремния тоже слабо отличаются от шума. Водород неразличим нигде, кроме, возможно, первого набора.
При удалении первых трех гармоник атомы все еще различимы, можно определить их положение. При удалении каждой шестой гармоники пики становятся меньше по амплитуде, вырастает амплитуда шума. В наборе 3 появляются как будто лишние атомы в первой молекуле. В наборе 4 вторую молекулу невозможно отличить от шума, кислороды в оксиде кремния тоже слабо отличаются от шума. Водород неразличим нигде, кроме, возможно, первого набора.
Восстановление функции ЭП с добавлением шума к амплитуде. Полные гармоники
С помощью файла func2fourier.py можно также добавть искажения по амплитуде и фазе. По очереди будем добавлять шум в размере 20% - сначала к амплитудам (F = 20), затем к фазам (P = 20).
№2
№3
Рис 3. Набор графиков востановленной функции ЭП по полным гармоникам, шум по амплитуде F = 20. Непрерывная линия -
исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
Видно, что уменьшается амплитуда значимых пиков, увеличивается амплитуда шума в полных наборах по сравнению с данными без шума. В наборе с 40 гармониками водород практически неотличим от шума, но в целом восстановление можно назвать почти отличным.
Видно, что уменьшается амплитуда значимых пиков, увеличивается амплитуда шума в полных наборах по сравнению с данными без шума. В наборе с 40 гармониками водород практически неотличим от шума, но в целом восстановление можно назвать почти отличным.
Восстановление функции ЭП с добавлением шума к амплитуде. Неполные гармоники
№1
№3
№2
№4
Рис 4. Набор графиков востановленной функции ЭП по неполным гармоникам, шум по амплитуде F = 20. Непрерывная линия -
исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
Амплитуда шума возрастает, атомы все еще различимы в первх двух наборах, кроме водорода. В целом картинка довольно похожа на то, что мы видим на графиках без шума по амплитуде.
Амплитуда шума возрастает, атомы все еще различимы в первх двух наборах, кроме водорода. В целом картинка довольно похожа на то, что мы видим на графиках без шума по амплитуде.
Восстановление функции ЭП с добавлением шума к фазе. Полные гармоники
№2
№3
Рис 5. Набор графиков востановленной функции ЭП по полным гармоникам, шум по фазе P = 20. Непрерывная линия -
исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
Во втором наборе хорошо различимой остается первая молекула. При n = 40 различимо все, кроме водорода. В полных наборах при добавлении шума по амплитуде водород, хоть и слабо, но можно было различить, здесь - нет.
Во втором наборе хорошо различимой остается первая молекула. При n = 40 различимо все, кроме водорода. В полных наборах при добавлении шума по амплитуде водород, хоть и слабо, но можно было различить, здесь - нет.
Восстановление функции ЭП с добавлением шума к фазе. Неполные гармоники
№1
№3
№2
№4
Рис 6. Набор графиков востановленной функции ЭП по неполным гармоникам, шум по фазе P = 20. Непрерывная линия -
исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
Амплитуда значимых пиков падает, хорошо различимыми остаются молекулы по первому и второму набору. В наборе 4 явно можно различить кремний, остальные атомы слабо отличимы от шума.
Амплитуда значимых пиков падает, хорошо различимыми остаются молекулы по первому и второму набору. В наборе 4 явно можно различить кремний, остальные атомы слабо отличимы от шума.
Восстановление функции ЭП с добавлением шума к фазе и к амплитуде. Полные гармоники
№2
№3
Рис 7. Набор графиков востановленной функции ЭП по полным гармоникам, шум по амплитуде F = 20,
по фазе P = 20. Непрерывная линия - исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
Яснее всего положение атомов можно определить в наборе 3. В наборе 2 отдельные пики тоже видны, но меньше по амплитуде.
Яснее всего положение атомов можно определить в наборе 3. В наборе 2 отдельные пики тоже видны, но меньше по амплитуде.
Восстановление функции ЭП с добавлением шума к фазе и к амплитуде. Неполные гармоники
№1
№3
№2
№4
Рис 8. Набор графиков востановленной функции ЭП по неполным гармоникам, шум по амплитуде F = 20,
по фазе P = 20. Непрерывная линия - исходная функция ЭП, пунктирная линия - восстановленная.
В первых двух наборах можно различить первые 2-3 атома, вторая молекула различима хуже. В третьем наборе все также есть лишние пики, хорошо разичим кремний, как и в четвертом наборе.
В первых двух наборах можно различить первые 2-3 атома, вторая молекула различима хуже. В третьем наборе все также есть лишние пики, хорошо разичим кремний, как и в четвертом наборе.
Выводы
Подводя итог, можно сказать, что:© Нестеренко Екатерина 2017-2020