Практикум 4. ProDy-2. ЯМР vs РСА

1. Вводное

Для работы был дан белок семейства Ras. Одна структура была получена методом ЯМР (2LCF), а вторая - методом РСА (1CTQ). Разрешение 1CTQ - 1.26 Å. Число моделей для 2LCF - 20.
Ниже представлено наложение всех моделей 2LCF (желтым) и структуры 1CTQ (зеленым).
Рис.1 Общий вид наложенных структур. 2LCF показана желтым цветом, 1CTQ - зеленым

В общем и целом структуры хорошо совпадают. В структуре, полученной методом ЯМР визуально не наблюдается разрывов, концы молекулы уложены примерно одинаково. Элементы вторичной структуры совпадают. Немного по-разному изогнут бетa-лист. Основное различие можно видеть на рисунке 2. Видно, что правый край наложенных структур более "лохматый" (стрелка (1) на рис.2) Рис.2 Вид наложенных структур. 2LCF показана желтым цветом, 1CTQ - зеленым

Также начало альфа-спирали, на которую указывает стрелка (2) на рис.2 и на рис.3, не показана в ЯМР-структуре в виде альфа-спирали. Петля, указанная стрелкой (1) на рис. 2 и рис. 4, имеет разное положение в моделях, с которыми ведется работа. Причем в модели РСА она не совпадает ни с одной структурой ЯМР, это хорошо видно на рис 2.

Рис.3 Различия в макроструктуре. По b-фактору покрашена ЯМР структура, зеленым - РСА структура. 2 - различия в структуре альфа-спирали.

Рис.4 Различия в макроструктуре. По b-фактору покрашена ЯМР структура, зеленым - РСА структура. 1 - различия в структуре петли.

Поищем примеры отличия на микроуровне. В ЯМР структуре видно водороды. В аминокислотных остатках основное различие в пространственной ориентации (рис.5). Благодаря второму заданию было найдено, что на позиции 35 в ЯМР модели расположен серин, а в РСА модели - треонин.
Рис.5 Различия в пространственной ориентации аминокислотных остатков на примере Lys-147.

Также в РСА модели много альтлоков. Они есть, например,для Glu-3, Lys-42, Gln-43, Thr-87, Arg-128, Gln-165. Для ЯМР структуры нет понятия альтлоков.

2. RMSF

В данном задании была попытка сравнить меру RMSF для ЯМР модели с b-факторами для РСА модели. Сравнение производилось среди соответствующих остатков - у структур, с которыми ведется работа остатки совпадают по номерам все, кроме различия, о коротом рассказано в пункте 1. (серин и треонин)
Ниже представлена зависимость среднего значения b-фактора от RMSF для соответствующих остатков. Рис.6 Зависимость среднего значения b-фактора от RMSF для соответствующих остатков в разных моделях

Можно сказать, что в основном остатки с меньшим значением RMSF обладают меньшим средним значением b-фактора. Большая часть точек сосредоточена в области малых значений. Значит RMSF отражает подвижность остатков. Но также существуют остатки с приблизительно похожим значением RMSF, но с сильно отличающимся средним значением b-фактора. Это наблюдается по мере увеличения RMSF. И есть точки с небольшим значением b-фактора, но при этом обладающие большим значением RMSF - значит, мера RMSF отражает не только подвижность атомов, а также может быть связана с качеством самой модели.

3. Водородные связи

Были выбраны четыре водородные связи. Их характеристика приведена ниже в таблице. При подсчете количества ЯМР структур, в которых есть данная водородна связь, учитывались те, у которых между указанными остатками наблюдалась необходимая геометрия и расстояние между атомами было не больше 3.3 А.
На рисунках изображена РСА модель.

Положение водородной связи	Остаток 1	Остаток 2	Расстояние в РСА (Å)	Число,процент ЯМР моделей со связью	Расстояние в ЯМР (Å)
					Макс.	Мин.	Медиана
В ядре белка, в бета-листе между атомами остова (рис. 7)	Val-144 (N-H)	Cys-80 (:O=)	2.9	20, 100%	3.1	2.7	2.8
Между атомами боковых цепей в ядре белка (рис.8)	Asn-116 (:O=)	Thr-144 (O-H)	2.8	4, 25%	6.7	2.5	4.3
Между атомами остова в петле на поверхности (рис.9)	Ile-46 (:O=)	Glu-49 (N-H)	2.9	20, 100%	3.3	2.8	3.1
Между атомами боковых цепей на поверхности (рис.10)	Asp-69 (:O=)	Gln-99 (N-H)	2.7	2, 10%	8.9	2.7	5.1

Подводя итог можно сказать, что не все водородные связи, найденные в РСА модели, можно обнаружить в ЯМР структурах - где-то есть, где-то нет. Водородные связи между атомами остова находятся во всех структурах ЯМР модели, что внутри глобулы, что на ее поверхности. На поверхности глобулы водородные связи между боковыми цепями остатков очень нестабильны.

---

© Нестеренко Екатерина 2017-2020