Поверхности, карманы, pKa

Задание 1. SASA, MSA

PDB IDs: 6SUL и 6SV5.
В данном задании даны 2 PDB ID, один из которых соответствует открытой форме белка (6SV5, голубая структура на рис.1.1), второй - закрытой (6SUL, розовая структура на рис.1.1). Необходимо определить визуальные отличия между данными структурами, а также для обеих форм вычислить площадь молекулярной поверхности (MS) и площадь поверхности, доступной растворителю (SAS), и сравнить между собой эти 4 числа (Табл.1.1).

В целом обе структуры неплохо накладываются друг на друга (рис.1.1), однако сразу бросается в глаза, что некоторые элементы плохо наложились и довольно сильно смещены друг относительно друга. Особенно это заметно на некоторых петлях и альфа-спиралях на переферии белка.
Пример плохого наложения структур можно наблюдать на рис.1.2. Кроме смещения участков друг относительно друга, можно заметить, что они в принципе в обеих структурах различаются: у 6SUL весь участок, показанный на рис.1.2, представлен альфа-спиралью, в то время как у 6SV5 небольшой фрагмент представлен петлей.
Также я обратила внимание на разный состав лигандов для обеих структур - для 6SV5 представлен только ATP, а для 6SUL - ANP, UAM, Cl- и Mg2+. В статье отмечено, что, например, ионы Mg2+ необходимы для стабилизации закрытой формы белка.
Стоит также отметить, что 6SUL больше на несколько аминокислотных остатков.

Далее для обеих форм белка я вычислила площадь молекулярной поверхности (MS) и площадь поверхности, доступной растворителю (SAS) (Табл.1.1). При расчете площадей растворитель и лиганды не учитывались, то есть площади подсчитывались только для белка.
Значения площадей MS для обеих структур оказались в 2 и более раз выше, чем значения площадей SAS, что может быть обусловлено техническими деталями вычислений. Дело в том, что в SAS площадь рассчитывается с учетом радиусов молекул растворителя, находящихся в наибольшей близости к белку, а в MS - как сумма поверхности контакта и дополнительной поверхности. Таким образом, в случае SAS происходит "раздутие" молекулы, приводящее к тому, что некоторые полости, которые могли бы внести вклад в площадь поверхности, просто перекрываются "раздутием" и не учитываются. В MS же, напротив, все это лучше учитывается, поэтому, видимо, значения больше.
Также стоит обратить внимание на то, что для закрытой формы в рассматриваемом случае вышло так, что значение площади MS больше, чем для открытой, а значение площади SAS, напротив, меньше. Возможно, это может быть связано с экспонированностью/погруженностью некоторых аминокислотных остатков наружу/внутрь при смене формы белка.

Задание 2. Карманы, объем

PDB IDs: 6SUL и 6SV5.
Прежде всего необходимо было визуально определить положение основного кармана связывания. При включении surface и сравнении структур с открытой и закрытой формой основной карман связывания хорошо заметен (рис.2.1).

Стоит отметить, что в биологических сборках 6SUL - гомодимер, а 6SV5 - мономер, поэтому в случае 6SUL я работала с его chain A и в web-сервис fpoсket подавала тоже именно мономеры, так как визуально я определила, что основной карман связывания находится не между двумя мономерами, а внутри каждого из них.
Для 6SV5 fpocket предложила 24 кармана, а для 6SUL - 29. В обоих случаях наиболее визуально подходящими мне показались карманы под номером 1 (рис.2.2-2.3).

Объем кармана в структуре с закрытой формой оказался заметно больше, чем в структуре с открытой формой (табл. 2.1). Даже без знания точных объемов на это можно было обратить внимание, визуально рассмотрев карманы. Например, сразу бросается в глаза то, что в закрытой форме у белка рядом с карманом есть фрагмент, напоминающий "дверцу", которая, по-видимому, в открытой форме открывается из-за экспонирования ряда аминокислотных остатков. В связи с таким "открытием дверцы" часть белка, которая образовывала углубление для кармана в закрытой форме, "выпячивается" наружу, переставая образовывать углубление (рис. 2.4).

Задание 3. Экспонированность

PDB IDs: 6SUL и 6SV5.
В данном задании необходимо было сначала вычислить экспонированность аминокислотных остатков с помощью DSSP, а потом сопоставить экспонированность остатка с его номером для обеих структур (исключая остатки, которых нет хотя бы в одной из структур), после чего определить, какой остаток больше всего изменил свою экспонированность при "закрытии" белка.
После проведения всех вышеописанных манипуляций я сравнила экспонированность остатков из обеих структур друг с другом. Оказалось, что самая большая разница экспонированности по модулю у GLU-159. У открытой формы белка значение экспонированности - 137, а у закрытой - 22, таким образом, при "закрытии" белка экспонированность этого остатка снизилась на 115.
В структуре 6SUL (закрытая форма, рис.3.1) аминокислотный остаток GLU-159 смотрит внутрь белка, а петля, на которой он находится, почти вплотную упирается в другую петлю. В целом низкая экспонированность этого остатка кажется логичной и интуитивно понятной.
В структуре 6SV5 (открытая форма, рис.3.2) аминокислотный остаток GLU-159 вроде как тоже смотрит внутрь белка, но никуда сильно не упирается, а петля, на которой он находится, не прижимается в плотную к белковой глобуле, как в случае закрытой формы, и находится на некотором удалении, более торчит наружу.