Практикум 4

Задание 1. Prody и B-факторы часть 1.

В данном задании было необходимо определить аминокслотные остатки с наименьшим и наибольшим B-фактором. Я работал со структурой 7BCP. На Рисунке 1 показана боковая цепь аргинина 309, чей средний температурный фактор максимален в данной структуре и составляет 61.69 Å2, и аспарагин 153, чей средний температурный фактор минимален в данной структуре и составляет 21.62 Å2. Аргинин располагается на поверхности глобулы в составе α-спирали и обращен в растворитель, а аспарагин располагается внутри белковой молекулы и участвует в связывании лиганда - глюконовой кислоты (см. Практикум 2), за счет чего его тепловые колебания ослабевают.

Ниже приведены параметры атомов аргинина 309 из записи PDB. Видно, что значения В-фактора принимают значения 42-48 Å2 для атомов остова и 54-64 Å2 для тяжелых атомов боковой цепи. Это может быть объяснено тем, что весь боковой радикал и гуанидиновая группа в частности могут подвергаться более интенсивным тепловым колебаниям в ходе эксперимента, так как соединены только с остовом через одинарные С-С связи.

ATOM   4351  N   ARG A 309     -36.589 -11.956 -12.257  1.00 42.56           N  
ATOM   4352  CA  ARG A 309     -37.400 -10.964 -12.974  1.00 48.06           C  
ATOM   4353  C   ARG A 309     -38.852 -10.979 -12.511  1.00 46.27           C  
ATOM   4354  O   ARG A 309     -39.501  -9.943 -12.424  1.00 47.90           O  
ATOM   4355  CB  ARG A 309     -37.399 -11.253 -14.482  1.00 54.28           C  
ATOM   4356  CG  ARG A 309     -35.991 -11.565 -14.985  1.00 56.49           C  
ATOM   4357  CD  ARG A 309     -35.532 -10.622 -16.096  1.00 60.62           C  
ATOM   4358  NE  ARG A 309     -34.074 -10.686 -16.269  1.00 63.67           N  
ATOM   4359  CZ  ARG A 309     -33.308  -9.679 -16.693  1.00 58.21           C  
ATOM   4360  NH1 ARG A 309     -33.852  -8.511 -17.011  1.00 54.64           N  
ATOM   4361  NH2 ARG A 309     -31.995  -9.849 -16.823  1.00 64.79           N  
ATOM   4362  H   ARG A 309     -36.206 -12.538 -12.760  1.00 51.07           H  
ATOM   4363  HA  ARG A 309     -37.005 -10.095 -12.802  1.00 57.67           H  
ATOM   4364  HB2 ARG A 309     -37.966 -12.018 -14.663  1.00 65.14           H  
ATOM   4365  HB3 ARG A 309     -37.729 -10.475 -14.958  1.00 65.14           H  
ATOM   4366  HG2 ARG A 309     -35.367 -11.483 -14.248  1.00 67.79           H  
ATOM   4367  HG3 ARG A 309     -35.975 -12.469 -15.336  1.00 67.79           H  
ATOM   4368  HD2 ARG A 309     -35.953 -10.877 -16.932  1.00 72.75           H  
ATOM   4369  HD3 ARG A 309     -35.775  -9.711 -15.868  1.00 72.75           H  
ATOM   4370  HE  ARG A 309     -33.685 -11.430 -16.083  1.00 76.40           H  
ATOM   4371 HH11 ARG A 309     -34.702  -8.399 -16.944  1.00 65.57           H  
ATOM   4372 HH12 ARG A 309     -33.354  -7.865 -17.283  1.00 65.57           H  
ATOM   4373 HH21 ARG A 309     -31.639 -10.609 -16.634  1.00 77.75           H  
ATOM   4374 HH22 ARG A 309     -31.503  -9.199 -17.096  1.00 77.75           H

Рисунок 1. Остатки с наибольшим (ARG309) и наименьшим (ASN153) средним B-фактором

Задание 2. Prody и B-факторы часть 2.

В данном задании я рассмотрел средние значения B-факторов аминокислотных остатков в зависимости от удаления таковых от центра масс белка. На Рисунке 2 представлено распределение этих показателей. Имеется некоторая закономерность, что с увеличением расстояния от центра масс белка средний В-фактор аминокислоты возрастает. При этом зависимость несколько отличается от линейной, на больших расстояниях от центра возможны различные средние значения B-фактора. Примечательно, что ASN153, имея наименьший средний температурный фактор, располагается ближе всего к центру масс молекулы, однако ARG309 не находится дальше всего от центра масс.

С помощью функционала Prody я установил из какой вторичной структуры происходит каждая аминокислота и решил соотнести этот параметр со средним B-фактором. На Рисунке 3 представлено распределение, аналогичное Рисунку 2, но с раскраской по вторичной структуре. Выраженной закономерности не наблюдается. Остатки, чьи средние B-факторы максимальны, относятся к α-спиралям.

На Рисунке 4 показан box plot для средних температурных факторов из каждого типа вторичной структуры, описанной в данной молекуле белка. Кажется, что B-фактор у аминокислот из β-тяжей ниже, чем у остальных. Однако я бы не спешил делать какой-то вывод о взаимосвязи вторичной структуры и среднего B-фактора. Только остов аминокислоты стабилизирован водородными связями, однако боковые цепи могут быть подвержены более сильным тепловым колебаниям, что увеличит среднее значение B-фактора для аминокислоты.

Также я бы не стал говорить о строгой связи B-фактора с расстоянием от центра масс. На мой взгляд, важнее учитывать доступность растворителя для боковой цепи, в котором она может колебаться более свободно, чем внутри белковой молекулы. Остатки, имеющие доступ к раствору, как правило находятся на границе белковой молекулы и, соответсвенно, дальше от ее центра масс.

Рисунок 2. Средние B-факторы и расстояния до центра масс. Красная точка - ARG-309, зеленая - ASN-153.

Рисунок 3. Средние B-факторы и расстояния до центра масс. Раскраска по вторичной структуре.

Рисунок 4. Разброс средних B-факторов для остатков из разных вторичных структур.

Задание 3. Как работает восстановление функции электронной плотности по экспериментальным данным.

В данном задании я сгенерировал одномерную функцию электронной плотности для двух трехатомных молекул и затем попытался восстановить ее с помощью различных наборов гармоник ряда Фурье (привет коллоквиуму :) ) и для разного уровня шума.

Таблица с результатами и оценкой качества восстановления.