Электронная плотность. Рассеяние на электроне.

1. Выбор структуры белка.

Я выбрала белок 2QCX - тиаминазу 2. Это довольно хорошо изученный и описанный белок, состоящий из 236 аминокислотных остатков, с которым мне уже приходилось работать в первых семестрах.

Данная структура удовлетворяет набору требований, необходимых для дальнейшей работы, а именно:

Таблица 1. Некоторые из найденных гомологов.
Название RMSD N_align PDB ID
TENA HOMOLOGUE PROTEIN FROM P.HORIKOSHII OT3 1.47 207 1udd
CRYSTAL STRUCTURE OF TENA HOMOLOGUE (HP1287) FROM HELICOBACTER PYLORI 1.41 206 2rd3
CRYSTAL STRUCTURE OF THI-4 PROTEIN FROM BACILLUS SUBTILIS 0.81 211 1to9
STRUCTURE OF A PUTATIVE TRANSCRIPTIONAL REGULATOR FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE 1.98 203 1z72
X-RAY STRUCTURE OF GENE PRODUCT FROM ARABIDOPSIS THALIANA AT3G16990 1.87 205 2f2g

2. Получение необходимых файлов.

На сайте PDB были получены PDB модель выбранной структуры, файл mmCIP и файл структурных факторов. На сайте EDS в разделе Download => Maps была получена карта электронной плотности для выбранной структуры (параметры получения использовались по умолчанию).
Разрешение для полученной структуры 2.20 Å: 

REMARK   2 RESOLUTION.    2.20 ANGSTROMS.
В .pdb-файле находится информация об атомах белка, каждому атому соотвествует строчка ATOM. В файле со структурными данными находится информация о всех структурных факторах, полученных в результате эксперимента. Ниже представлен фрагмент файла структурных факторов: 
_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
_refln.F_calc
_refln.phase_calc
_refln.fom


1 1 1   11    1   90 f    240.8    3.2

...
Строчки _refln соответствуют столбцам данных, которые далее приведены в файле. Информация о каждом структурном факторе указана в отдельной строчке.
В .pdb-файле находится 3717 строчек, содержащих информацию об атомах белка. В файле структурных данных находится 27574 строчек, содержащих информацию об отдельных структурных факторах. Таким образом, количество структурных факторов не соответствует количеству атомов в белке. Собственно, в этом нет ничего удивительного, так как структурные факторы описывают весь кристалл белка, а не отдельные атомы (следовательно, их количество должно превышать количество атомов как минимум в несколько раз). Используя именно такое количество структурных данных можно получить достоверную модель молекулы, содержащую информацию об отдельных атомах.

3. Изображение электронной плотности структуры.

Для того, чтобы оценить качество модели выбранной структуры, на нее в программе PyMOL была наложена карта электронной плотности. На рисунке 1 изображены различные уровни подрезки электронной плотности (1σ, 1.5σ и 2σ) для всей полипептидной цепи. Для того, чтобы отсечь сигнал от соседних молекул, учитывалась только электронная плотность на расстоянии не больше 2.5 Å от молекулы.


Рисунок 1. Различные уровни подрезки электронной плотности для всей полипептидной цепи.

На рисунке видно, что уже при уровне подрезки 2σ для некоторых участков молекулы пропадает электронная плотность.

Далее для оценки качества модели, были получены изображения электронной плотности с различным уровнем подрезки для отдельных аминокислот.


Рисунок 2. Различные уровни подрезки электронной плотности для 33-35 аминокислот PRO-ILE-ASP (цепь А).

На рисунке 2 видно, что электронная плотность достаточно хорошо соответствует модели. Но если посмотреть на изображение при подрезке 3σ, можно заметить, что она слишком сильная, так как в некоторых местах у боковых радикалов аминокислот электронной плотности не наблюдается.

Чтобы, убедиться в своих предположениях, проделала теже операции с другими аминокислотами в другой цепи белка.


Рисунок 3. Различные уровни подрезки электронной плотности для 115-117 аминокислот HIS-MET-TYR (цепь B).

Разрешение структуры 2QCX не является достаточным для того, чтобы наблюдать отдельные атомы на изображении карты электронной плотности, однако по этой карте виден ход полипептидной цепи и уже угадывается положение боковых групп аминокислот.

© Nosikova Kate, 2012