Протонирование

PROPKA

Дан белок (PDB ID 5MGI), структура которого была получена при pH=4. Воспользовавшись инструментом PROPKA, получаем модель с предсказанными протонами. Рассмотрим .log файл. Наиболее примечательные строки оттуда:


       Group      pKa  model-pKa   ligand atom-type
       ASP 246 A    11.31       3.80
       GLU  31 A     4.71       4.50
       GLU  63 A     4.41       4.50
       GLU 110 A     4.70       4.50
       GLU 141 A     4.80       4.50
       GLU 168 A     4.17       4.50
       GLU 188 A     4.57       4.50
       HIS 219 A     6.53       6.50
       HIS 274 A     5.29       6.50

В случае гистидинов вариантов, как протонировать, нет, в отличие от глутаматов и аспартатов (рис. 1, A). В ряде случаев понять, как именно протонировать, не получится (см. рис. 1, Б). Но если протонируемая группа образует водородную связь, можно что-то понять (см. рис. 1 В, Г).

Прошу прощения за тёмный фон, на белом просто, оказывается, белые надписи видно не очень хорошо.

А
Б
В
Г
Рис. 1 Некоторые протонированные остатки белка 5MGI; А) протонированный единственно возможным образом остаток HIS219; Б) остаток GLU110, в котором не получится на глаз понять, верно ли он протонирован; В) остаток ASP246 протонирован так, что это позволяет ему образовать две водородные связи; Г) вероятнее всего, GLU63 протонирован верно в отличие от GLU188

PROTOSS

Рассчитали протонирование при помощи другого инструмента PROTOSS. Он при потонировании учитывает возможность образования водородных связей.

А
Б
В
Г
Рис. 2 Те же некоторые остатки белка 5MGI, но протонирование предсказано PROTOSS

PROTOSS ничего не знает о том, при каком pH получена структура, и смотрит только на водородные связи. В результате этого видим протонированным только один остаток из рассмотренных выше пяти (ASP246). Видимо, программа считает по умолчанию, что остаток не протонирован, и только в том случае, когда это даёт выигрыш в количестве водородных связей, протонирует остаток. Можно заметить, что у остатка ASP246 как раз и было какое-то просто аномально большое значение pKa в выдаче PROPKA (11.31), что обусловлено микроокружением.

Видимо, наиболее катастрофическими последствия будут при депротонировании именно ASP246. Скорее всего, самое неприятное при этом будет даже не потеря одной водородной связи, а появление нескомпенсированного отрицательного заряда внутри окружения с низкой диэлектрической проницаемостью приводит к увеличению энергии системы (если не вру, потому что с физикой сложно).