Практикум 1: электронная плотность

Задание 1

Структуры - 2pwa и 1ptk. Что сразу бросается в глаза:

Но вот по качеству пока не видно никакой разницы.

Изобразим электронные плотности этих структур (рис. 1-2).

Рис. 1-2. Электронная плотность одной альфа-спирали в струтурах 2pwa (слева) и 1ptk (справа).

Различия колоссальны - электронная плотность не совпадает с заявленной структурой 1ptk; структура же 2pwa очень точно совпадает со своей электронной плотностью. Кроме того, у электронной плотности для структуры 2pwa зафиксированы альт-локи некоторых аминокислотных остатков - на изображении отмечены зеленым остатки аспарагинов и аспарагиновой кислоты с двумя вариантами поворота радикала.

Это говорит о более высоком разрешении электронной плотности в случае 2pwa. Качество интерпретации электронной плотности у 1ptk оставляет желать лучшего - сама по себе построенная электронная плотность имеет низкое качество. Для структуры 1ptk пришлось поменять параметры команды isomesh, чтобы хоть какую-нибудь электронную плотность увидеть вокруг выбранной альфа-спирали. Структура же 2pwa просто совпадает со своей экспериментальной эл. плотностью, и она сама по себе выглядит адекватно - они шарообразные и полные (описывают все атомы структуры), в то время как эл. плотность 1ptk выглядит фрагментарно и описывает далеко не все атомы структуры.

Что и следовало ожидать - на сайте PDB у структуры 2PWA гораздо выше разрешение, чем у 1PTK:

Задание 2

Струкутра - 5zkc (рис. 3-5). Параметр carve = 2. Левая часть белка находится на заметном расстоянии от правой. Это регион низкой электронной плотности, который слабо отличен от шума (фоновой электронной плотности). Также низкую электронную плотность имеют некоторые концы альфа-петель правой части белка.

Рис. 3-5. Струкутра 5zkc в уровнях подрезки от 1 до 3 соответственно. С повышением уровня подрезки уменьшается область заданной электронной плотности.

Эти регионы с низкой электронной плотностью потенциально имеют меньше возможностей для взаимодействия с другими аминокислотными остатками той же молекулы белка, и как следствие они гораздо подвижнее более стабильных в пространстве электрон-плотных регионов, которые преимущественно расположены в серединах альфа-петель более крупной правой части данного белка. Эти регионы низкой плотности - концы альфа-спиралей и левая часть белка, которая, вероятно, является отдельным доменом.

Задание 3

Даны 6QJL, Glu395 (рис. 6-7).

Рис. 6-7. Альт-лок структуры 6QJL. Слева - альт-лок A - наиболее частый; справа - альт-лок B - более редкий. Пунктиром обозначены полярные взаимодействия.

Альт-лок А кажется стабильнее - глутамат в ней обладает водородной связью с протоном пептидной связи.

Альт-лок B кажется сомнительным - там глутамат находится близко от другого глутамата. Кислород в норме обладает свободными электронными парами + глутаматы могут быть депротонированы и как следствие - отрицательно заряжены - такое соседство не кажется энергетически выгодным - одноименные заряды отталкиваются, свободные электронные пары толкаются друг с другом - выглядит маловероятно.

Данные по населённости подтверждают высказанные ранее предположения:

> iterate resi 395 and chain B, print(resn, resi, name, alt, q)

GLU 395 N A 0.6499999761581421

GLU 395 N B 0.3499999940395355

GLU 395 CA A 0.6499999761581421

GLU 395 CA B 0.3499999940395355

...

GLU 395 HG3 A 0.6499999761581421

GLU 395 HG3 B 0.3499999940395355

Как и предполагалось, альт-лок А встретился чаще (65%), чем альт-лок B (35%).

Задание 4

Величина B-фактора показывает, на сколько "размыто" положение данного атома. Покрасим 6QJL по B-фактору (рис. 8-9).

Рис. 8-9. 6QJL в раскраске по B-фактору. Слева - только атомы остова, справа - все атомы белка.

Как видно на картинках, в центре глобул B-фактор низкий, а высокий B-фактор встречается лишь на периферии этих глобул, т. ч. связь положения атома в белке с его B-фактором есть.

Рассмотрим подробнее аспартат 306 цепи B, который имеет высокий B-фактор (рис. 10-12).

Рис. 10-12. Высокоподвижный аспартат с высоким B-фактором и его экспериментальная электронная плотность. Слева направо уровень подреза растет от 1 до 3. При уровне подреза 3 пришлось использовать carve = 5, вместо 2 как у остальных.

Он находится на окраине глобулы и имеет высокий B-фактор - вероятно, этот аминокислотный остаток очень подвижен.

Вывод: электронная плотность остатка с низким B-фактором очень мала и снижается от атомов остова (наиболее стабильные в остатке) к атомам радикала (наиболее подвижные в остатке).