Семестр VII. Рентгеноструктурный анализ (часть 1)

Электронная плотность. Рассеяние электрона

Выбор структуры

Для дальнейшей работы структура белка была выбрана по нескольким критериям:
  • Сервис EDS знает PDB-код.
  • В PDB есть экпериментальные данные о структуре, а не только модель. Разрешение скачанной с PDB структуры - 2,4 А. 
    			REMARK   2 RESOLUTION.    2.40 ANGSTROMS.
  • Есть файл структурных факторов (экспериментальные данные).
  • Есть подходящие структурные гомологи белка. Проверка PDBeFold => launch => Query - PDB код, в таблице с находками должно быть 5 или более разных белков с RMSD (оценка сходства) от 0,8 до 2,5 ангстрем и N_align(число сопоставленных C_alpha) от 50% до 90%.
    В итоге была выбрана симпатичная глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа кролика (GAPDH, PDB ID - 1J0X). Это гомотетрамер с большим количеством гомологов во всех организмах, где есть гликолиз.

    Изображение гомотетрамера ГАФД.

    Модель и файл структурных факторов

    Для выбранной структуры были скачаны модель 1J0X структуры, файл mmCIF и файл структурных факторов (.cif - crystallographic information file). В файле структурных факторов описано, какая информация в нем содержится: 
    _refln.crystal_id
_refln.wavelength_id
_refln.scale_group_code
_refln.index_h
_refln.index_k
_refln.index_l
_refln.status
_refln.F_meas_au
_refln.F_meas_sigma_au
1 1 1    6    0    0 o 220.8520 5.72873
    Каждая строчка _refln. поясняет столбец данных. Каждый структурный фактор расположен в отдельной строке, представляющей собой последовательность чисел, которые заполняют поля mmCIF формата. Определим число атомов в модели по файлам .pdb и .cif: 
    grep -Eh ^ATOM\|^HETATM 1J0X.pdb | wc -l  #  10605 = number of atoms
grep -Eh '[0-9]{3}' 1j0x-sf.cif | wc -l  # 56197 = number of reflections
    Таким образом, число записей в файле структурных факторов не соответствует количеству атомов в PDB-структуре.

    Построение изображений электронной плотности

    Файл с электронной плотностью можно получить на сайте EDS. На странице с информацией о записи PDB в разделе Download => "Maps" => заказать карту в формате по умолчанию (O и 2mFo-DFc).
    Чтобы оценить качество модели пространственной структуры, представленной в PDB файле, были построены изображения электронной плотности для 3 уровней электронной плотности (ЭП) вокруг остова цепи О структуры фермента.

    Level 1

    Level 2

    Level 3


    Также были построены изображения электронной плотности для 3 уровней электронной плотности (ЭП) вокруг четырех (26-29) аминокислотных остатков. Из этого представления видно, что (если словами описывать качество модели), то она не очень соотносится с распределением электронной плотности, полученной методом РСА, так кк видны непонятные ошметки паутинки ЭП на "пустых" местах модели, которые никак не могут принадлежать соседним асимметрическим единицам ячейки.
    Level 1 Level 2 Level 3


    Так же приведу картинку остатков серина-148 b фенилаланина-128. Здесь можно отметить, что плотность более менее соответствует положению атомов, а при рассмотрении третьего уровня наибольшая плотнось как раз на двойной связи С=О и атоме азота N, что, вообще, логично. Хоть карта электронной плотности не очень красиво и точно повторяет модель, видимо, этого кчества достаточно для создания реконструкции структуры.
    Level 1 Level 2 Level 3
    Level 1 Level 2 Level 3


    Статья о расшифровке выбранной структуры

    В аннотации PDB-файла модели 1J0X указана публикация по данной структуре. 
    JRNL        AUTH   S.W.COWAN-JACOB,M.KAUFMANN,A.N.ANSELMO,W.STARK,              
JRNL        AUTH 2 M.G.GRUTTER                                                  
JRNL        TITL   STRUCTURE OF RABBIT-MUSCLE                                   
JRNL        TITL 2 GLYCERALDEHYDE-3-PHOSPHATE DEHYDROGENASE.                    
JRNL        REF    ACTA CRYSTALLOGR.,SECT.D      V.  59  2218 2003              
JRNL        REFN                   ISSN 0907-4449                               
JRNL        PMID   14646080                                                     
JRNL        DOI    10.1107/S0907444903020493
    Оналегко находится в PubMed (ссылка)