ЯМР-спектроскопия

Для сравнения я выбрал белок северин, выделенный из Dictyostelium discoideum (какой-то клеточный слизевик). Это небольшой актин-связывающий белок.

1SVQ - структура, расшифрованная с помощью ЯМР (20 конформаций)

1SVY - структура, расшифрованная с помощью РСА (разрешение 1.75 ангстем)

С помощью следующих команд проверим, насколько совпадают структуры ЯМР и РСА:

load 1svq.pdb, nmr зеленый цвет

load 1svy.pdb, rsa голубой цвет

align rsa, nmr

split_states nmr

set cartoon_transparency, 0.6, nmr

remove resn hoh

Структура РСА содержит ионы металлов в качестве лигандов, которые я решил не удалять.

Видно, что элементы вторичной струкруры (альфа-спирали и бета-листы) совпадают, а находящиеся между ними петли и концы укладываются по разному. Можно сделать вывод о сходности структур и тсутствии ошибок при их расшифровке.

Водородные связи в структуре РСА

Критерий водородной связи - 3.5 ангстрем (или меньше) между донором и акцептором протона.

Визуализация контактов только между полярными атомами N и O:

load 1svy.pdb, 1svy

distance hbond, name N*, name O*, 3.5, mode=2

show sticks, 1svy

set cartoon_transparency, 0.6, 1svy

set stick_radius, 0.1

Так видно все водородные связи между атомами. Нужно отобрать и визуализировать следующие аминокислоты:

остовная связь в ядре белка (альфа-спираль или бета-лист)
водородная связь боковых цепей в ядре белка
водородная связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы

Пример кода для визуализации связи на поверхности белка:

select ak1, resn ala+lys and resi 215+211 выделенные аминокислотные остатки окрашены в красный

select akeeper, not ak1

set stick_radius, 0.03, akeeper

select alf, resi 208-224 окрасим всю альфа-спираль в белый цвет

Находящаяся в альфа-спирали водородная связь между Lys211 и Ala215. Обведена красным цветом.

Боковые водородные связи в ядре (та же альфа-спираль) между Lys213 и Glu216. Боковая водородная связь в петле (белая) на поверхности глобулы между Gly168 и Asn171.

Данные по водородным связям

Расположение водородной связи	Аминокислоты	Расстояние в РСА (Å)	Число моделей ЯМР с этой связью	Расстояние в ЯМР (Å)
Расположение водородной связи	Аминокислоты	Расстояние в РСА (Å)	Число моделей ЯМР с этой связью	Минимальное	Максимальное	Медианное
Остовная альфа-спирали	Ala 215 и Lys 211	2.9	4/20	2.1	3.1	3.0
Боковые группы в ядре	Glu 216 и Lys 213	3.2 и 3.3	19/20	2.8 и 2.9	3.4 и 3.5	3.1 и 3.2
Петля на поверхности	Gly 168 и Asn 171	2.9	11/20	2.4	3.3	2.8

Водородная связь присутствует не во всех конформациях белка. Довольно странно то, что часто они не обнаруживаются в таком стабильном элементе, как альфа-спираль. Так же в гибкой петле они обнаруживаются довольно часто.

Наблюдаемое различие в пространственном расположении остатков - следствие неоднозначного восстановления укладки структуры методом ЯМР. Это объясняется тем, что белок в растворе подвижен и ЯМР фиксирует вариабельность его отдельных участков.