Вторичная структура.

Задание 1. Работа с разметкой вторичной структуры в ручном режиме.

Для анализа мне была выдана структура PDB 1LF2. Первый интересный фрагмент выравнивания:

Рис. 1. Фрагмент выравнивания с остатками 270-273.

Две программы определили по-разному участок белка с 270 по 273 остаток. DSSP посчитал, что фрагмент принадлежит альфа-спирали, STRIDE обозначил его как 3/10-спираль и остаток неизвестного фрагмента. С помощью PyMOL я проверила эти остатки. Судя по образовавшейся водородной связи эти остатки принадлежат 3/10-спирали, так как их соединение i, i+3. Также судя по углу φ и карте Рамачандрана, три аминокислотных остатка попадают в область высокой плотности значений.

Рис. 2.Водородная связь спирали и углы φ.	Рис. 3. Углы Ψ спирали.

Судя по торсионным углам Ψ, они также попадают в область с наиболее часто встречающимися углами для 3/10-спирали.

Рис. 4. Изображение поворота спирали.

Спираль является правозакрученной, она короткая. Таким образом, я делаю вывод, что данный фрагмент из 4-х остатков вероятно принадлежит 3/10-спирали, соответственно ближе всего был расчет у программы STRIDE.

Второй фрагмент:

Рис. 5. Фрагмент выравнивания с остатками 214-217.

STRIDE и DSSP по-разному определили границы поворота в структуре. По мнениею STRIDE к повороту относятся остатки 214-217, а по мнению DSSP только остатки 215-216. Между Сα атомами 214 остатка Asp и 217 остатка Thr расстояние 5.6 ангстрем, меньше 7. Между кислородом и азотом тех же остатков возможна водородная связь. Такие показатели характерны для β-поворота. Получается, STRIDE был точнее в разметке вторичной структуры.

Рис. 6. Фрагмент с остатками 214-217.

Третий фрагмент:

Рис. 7. Фрагмент выравнивания с остатками 148-152.

Рассмотрим остатки 148-152. DSSP определил этот участок, как изгиб, в то время как STRIDE посчитал этот фрагмент структуры в начале неподходящим ни к одной из категорий, а остатки 151-152 поворотом. Чтобы идентифицироват изгиб, нужно определить угол между векторами (i - i-2) - (i+2 - i). По геометрическим свойствам мы можем измерить этот угол, вычтя из 180 градусов угол между остатками 148, 150, 152. Получается значение 90.7 градусов. Это изменение направления больше, чем 70 градусов. То есть данный участок все же стоит определить как изгиб.

Рис. 8. Фрагмент с остатками 148-152.

Возможно, в случае первого фрагмента возник конфликт разметок, программа DSSP отдала приоретет альфа-спирали, а не 3/10-спирали. В результате анализа фрагмента я пришла к выводу, что DSSP хуже определяет повороты, STRIDE в этом случае более точен. В STRIDE нет критерия bend, вероятно этим и объясняется разнородность в определении третьего фрагментов. Получается, сказать, какой алгоритм лучше сложно, и в том, и в том случае есть свои сильные и слабые стороны.

Задание 2. Работа с разметкой вторичной структуры в автоматическом режиме.

В данном задании необходимо было для набора белков сгенерировать разметку вторичной структуры при помощи dssp. Затем нужно было рассчитать склонность аминокислот образовывать различные типы вторичной структуры. Это свойство аминокислот одинаково для белков, так как это свойство является интегральным для остатка. Такой упрощенный расчет был проведен для 3 классов вторичной структуры.

Согласно выданным мне структурам наиболее часто в альфа-спиралях 30 тестовых белков встречается аланин, а также вторым по частоте является лейцин. Самым редким остатком является аспарагин и пролин. Вообще, образованию альфа-спирали препятствуют пролин. Он вызывает искривление оси спирали. Это происходит из-за стерических ограничений, обусловленных циклической структурой пролина, не позволяющей сформировать правильную a-спираль. Атом азота в остатке пролина не может участвовать в образовании водородной связи и мешает образовыват водородную связь следующему остатку. Так что результат неудивителен. Для бета-листа характерна с приличным отрывом частая встречаемость валина. Редким же является пролин. Существуют данные, что β-структуры образуются за счет валина, изолейцина, фенилаланина, а в местах сгиба – глицином, пролином, аспарагиновой кислоты.В петле наибольшую частоту имеют пролин и за ним глицин. Реже всего попадается валин.

© Кирпиченко Алина, 2021