Альтернативные положения, B-фактор, кристалл

Задание 1. Альтернативные положения

PDB ID: 4ACJ.
В данном задании мне необходимо было рассмотреть альт-локи остатка His-770 структуры 4ACJ. Сначала рассмотрим предполагаемые взаимодействия, которые могут стабилизировать альт-лок А (рис.1.1):

1. Водородные связи с Asp-765. Отмеченная на рис.1.1 связь, возможно, длинновата (в случае OD1 кислорода аспартата), но, как мне кажется, указанное значение адекватно для водородной связи, с учетом того, что измерение проводилось не от водорода (мне показалось, что так измерять длину связи корректнее, т.к. водородов в структуре могло и не быть). Изначально я еще думала насчет связи OD2 кислорода с этим же азотом остова гистидина, но, по-видимому, тогда бы скорее всего надо было бы рассматривать азот в данной паре в качестве акцептора, что кажется сомнительным. Также и геометрия связи в этом случае, как мне кажется, была бы совсем не оптимальной (но азот-акцептор кажется более весомым аргументом против этой связи). В случае OD1 кислорода она меня тоже немного смущает, но, в целом, ситуация кажется более правдоподобной, чем в случае с OD2 кислородом аспартата. Напротив, кажется возможным отмеченное на рис.1.1 взаимодействие, в котором задействован OD2 кислород аспартата и азот в кольце гистидина. В случае связи с азотом в остове Asp-765 мне кажется, что с геометрией и длинной связи все хорошо.
2. Пи-стэкинг с Tyr-769. Возможно, указанная связь длинновата, но, мне кажется, пи-стэкинг здесь может быть.

Далее рассмотрим предполагаемые взаимодействия, которые могут стабилизировать альт-лок B (рис.1.2):

1. Водородные связи с Asp-765. Здесь размышления аналогичны представленным выше, касающихся взаимодействий с альт-локом А (за исключением связи с OD2 кислородом аспартата).
2. Водородная связь с Asp-789. Отмеченная на рис.1.2 водородная связь, по-видимому, также принимает участие в стабилизации альт-лока В His-770. Длина и геометрия связи кажутся адекватными и возможными в данном случае.
Другие взаимодействия? Другие возможные взаимодействия для данного альт-лока я не обнаружила. В таком альтернативном положении His-770 оказывается еще сильнее удален от Tyr-769, так что, по моему мнению, стэкинг там уже вряд ли возможен. Отклонение от Asp-765 также, как мне кажется, препятствует связи с OD2 кислородом аспартата, наблюдаемой нами в случае альт-лока А. Другие возможные взаимодействия мне тоже показались неправдоподобными.

Таким образом, хоть и гистидин мне немного сломал мозг, я предполагаю, что альт-лок А стабильнее. Далее мы можем обратиться к тексту PDB файла, а именно к колонке occupancy. Это параметр, который перебирается в процессе интерпретации данных электронной плотности, чтобы лучше ее объяснить, и обозначает, по сути, "вес" этого атома. На уровне кристалла это число может быть соотнесено с долей ячеек кристалла с таким положением этого атома.
Оказывается, что для альт-лока А значение occupancy - 0.57, а для альт-лока B - 0.43, что в теории подтверждает мои предположения о том, что альт-лок А стабильнее. Хотя, на самом деле, значения населенностей довольно близки. Это неудивительно, т.к. оба альт-лока предположительно неплохо стабилизируются 3 водородными связями, однако в случае альт-лока А вклад в стабилизацию также вносит пи-стэкинг.

Задание 2. B-фактор

PDB ID: 4ACJ.
В данном задании необходимо было показать только остов в стержневой модели (sticks) и покрасить его атомы по B-фактору. B-фактор, грубо говоря, характеризует подвижность атома и позволяет лишь примерно, с некоторой точностью указать на одно его положение в пространстве. Атомы с низким B-фактором покрашены синим, атомы с высоким – красным. Высокое значение B-фактора в рассматриваемом нами приближении указывает на высокую подвижность атома, а низкое, соответственно, на низкую.

Нетрудно заметить, что красные участки остова рассматриваемого белка находятся на его поверхности. Более высокое значение B-фактора атомов в таких регионах может быть обусловлено тем, что они более подвижны, так как непосредственно контактируют с раствором и не так стабилизируются за счет взаимодействий с соседними аминокислотными остатками. Однако они все равно могут взаимодействовать с молекулами растворителя.
Далее я покрасила по B-фактору уже всю белковую глобулу, учитывая не только остов, но и радикалы. На рис.2.2 изображен Lys-652, атомы которого относительно всего белка имеют довольно высокое значение B-фактора, что, видимо, может говорить о высокой подвижности. В таком случае мы можем предполагать плохое покрытие электронною плотностью этого подвижного радикала аминокислотного остатка Lys-652, и такую тенденцию к плохому покрытию мы можем наблюдать при увеличении уровня подрезки.

Чтобы проверить свое предположение, я рассмотрела уровни подрезки 1, 2 и 3. С возрастанием уровня подрезки электронная плотность действительно хуже покрывала концевую часть радикала Lys-652. При этом с уменьшением значения уровня подрезки покрытие электронной плотностью расширяется от атомов остова к радикалу наподобие движения градиента окраски по B-фактору. Получается, что чем подвижнее аминокислотный остаток, тем больше электронная плотность его атомов размыта по пространству, и тем меньший уровень подрезки нам нужен, чтобы увидеть более качественное покрытие атомов электронной плотностью.

Задание 3. Соседи

PDB ID: 4ACJ.
С помощью специальных инструментов PyMOL (GUI: A > generate > symmetry mates > within 50 Å) был восстановлен кристалл. Молекулы в этом кристалле имели довольно упорядоченную четкую структуру.

Исходно рассматриваемая белковая глобула (на рис.3.2. - серая в самом центре) соприкасается с 6 cоседями.