1.Построение и визуализация электронной плотности

Для выполнения этого и последующих заданий я решил взять белок, выданный мне в первом семестре: L-rhamnose isomerase (L-RhI) бактерии Bacteroides thetaiotaomicron. В базе PDBe нет структуры белка того же организма, поэтому я взял его гомолог из организма Pseudomonas stutzeri. В базе PDB код структуры 3ITY; для скачивания доступны как файл с самой структурой, так и экспериментальные данные: файл структурных факторов и карта электронной плотности.
Белок состоит из четырех цепей, длина одной цепи 438 аминокислотных остатков, теоретический вес белка - 48 КДа. Разрешение структуры 1.84Å.
Изомераза L-рамнозы катализирует обратимую изомерацию L-рамнозы в L-рамнулозу, и является одним из ферментов пути метаболизма рамнозы у многих микроорганизмов, например у E. coli. Исследуемый в данной работе гомолог из Pseudomonas stutzeri интересен тем, что помимо этой реакции также может катализировать обратимую изомеризацию D-aллозы в D-псикозу (см. рис. 1).

Рис.1. Катализируемые P. stutzeri L-RhI реакции

Структура 3ITY была получена в результате рентгеноструктурного анализа японскими учёными и описана в работе 2010 года. Целью данного исследования было изучение механизма катализируемой ферментом реакции.

Задание 1.

Задания выполнены в программе Pymol версии 1.7.2.1.
В сессии Pymol были одновременно открыты .ent файл со структурой и .ccp файл с картой электронной плотности. Просле этого для визуализации электронной плотности вокруг остова полипептидной цепи белка на разных уровнях подрезки были применены следующие команды:

select backbone, (name ca,n,c,o)
color brightorange, backbone
show sticks, backbone

Выделили атомы остова в переменную backbone, покрасить их в оранжевый цвет и визуализовать "палками".

isomesh grid, 3ity, x, backbone, carve=2

- создает объект grid с сеткой электронной плотности из карты 3ity с уровнем подрезки х для атомов backbone, на расстоянии не дальше 2Å от центра атома. На рисункe 2 представлено изображение электронной плотности вокруг полной структуры 3ITY на уровне подрезки 0.5:

Рис.2. Структура P. stutzeri L-RhI с изображением электронной плотности на уровне подрезки 0.5.

Структура состоит из четырех идентичных цепей, и смотреть на все сразу неудобно, поэтому для визуализации уровней подрезки эл.плотности на разных уровнях подрезки была выбрана цепь А:

Рис.3. Цепь А структуры P. stutzeri L-RhI с изображением электронной плотности на уровне подрезки 0.5.

Рис.4. Цепь А структуры P. stutzeri L-RhI с изображением электронной плотности на уровне подрезки 1.0.

Рис.5. Цепь А структуры P. stutzeri L-RhI с изображением электронной плотности на уровне подрезки 2.0.

Рис.6. Цепь А структуры P. stutzeri L-RhI с изображением электронной плотности на уровне подрезки 3.0.

Электронная плотность покрывает полипептидную цепь и достаточно достоверно отображает расположение атомов, однако уже на уровне подрезки 1.0 часть боковых цепей остатков не покрыта плотностью, а на уровне 2.0 плотность не покрывает и часть атомов остова.

Задание 2.

Для визуализации были выбраны различные по функциональным группам остатки trp57, met325, asp 327. Электронная плотность вокруг них была визуализирована следующими командами:

select residues, (resi 57,327,325) and chain A
hide all
show sticks, residues
isomesh grid, 3ity, x, residues, carve=2
color smudge, grid

- выделить три интересующих остатка в группу residues, оставить на экране только их, показать вокруг них карту электронной плотности с уровнем подрезки х и покарсить в цвет smudge.

Рис.7. Электронная плотность вокруг трех аминокислотных остатков на уровне подрезки 0.5.

Рис.8. Электронная плотность вокруг трех аминокислотных остатков на уровне подрезки 1.0.

Рис.9. Электронная плотность вокруг трех аминокислотных остатков на уровне подрезки 2.0.

Рис.10. Электронная плотность вокруг трех аминокислотных остатков на уровне подрезки 3.0.

На низких уровнях подрезки электронная плотность хорошо покрывает аминокислотные остатки, и по ней можно довольно легко определить форму и тип аминокислоты. С ростом уровня подрезки электронная плотность исчезает в первую очередь с С-атомов боковых групп, концентрируясь на более электроотрицательных атомах кислорода, азота и серы.

Назад к странице семестров