ЯМР/РСА

Задание 1

Для выполнения задания была дана структура 6UX8, полученная методом РСА, а также структура 6ZLE, полученная методом ЯМР.

В данной структуре было необходимо найти водородные связи, отвечающие следующим условиям:

• одна связь между атомами остова в ядре белка (в альфа-спирали или бета-листе);
• вторая водородная связь боковых цепей в ядре белка;
• третья водородную связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы (неважно, какие атомы, остова или боковой цепи).

Нужно учитывать, что в модель, полученная с помощью ЯМР, не сожержит части структуры (цепь B с бета-листами), лигандов и воды (рис.1). Разрешение РСА: 2.5 А.

Рисунок 1. Структура белка, полученная РСА (розовый) и ЯМР (фиолетовый)

Первая водородная связь - между VAL35 (N) и LEU31 (O), находящимися в ядре белка. Связь стабилизирует альфа-спираль, боковые остатки обращены в ядро. Остатки в РСА и ЯМР расположены схожим образом, расстояния приблизительно равны (рис.2).

**Рисунок 2.** Водородная связь между Val-35 и Leu-31 в обоих структурах (серым - РСА-структура, фиолетовым - ЯМР-структура (state 1))

Вторая водородная связь - между ASN102 (ND2) и ASP137 (OD2) (рис.3). Боковые остатки также расположены схожим образом, длины связей одинаковы. Вероятно, положение боковых остатков не такое жесткое, как положение остова, поэтому не все состояния имеют между остатками расстояние, достаточное для образования водородной связи.

**Рисунок 3.** Водородная связь между Asn-102 и Asp-137 в обоих структурах (серым - РСА-структура, фиолетовым - ЯМР-структура (state 1))

Третья водородная связь - между ASN3 (ND2) и ASN63 (OD1) (рис.4). ASN63 в ЯМР имеет отличное от РСА расположение, удаленное от ASN3, что уменьшает вероятность образования водородной связи в связи с большим расстоянием между боковыми группами.

**Рисунок 4.** Водородная связь между Asn-3 и Asn-63 в обоих структурах (серым - РСА-структура, фиолетовым - ЯМР-структура (state 1))

Далее были рассмотрены те же водородные связи во всех 20 состояниях ЯМР-структуры и найдены расстояния, предполагающие водородную связь между нужными атомами. Результат в таблице ниже.

Вероятно, в ЯМР-структурах присутствуют только те водородные связи, что участвуют в поддержании вторичной структуры + находящиеся в глобуле белка. Водородная связь, участвующая в поддержании альфа-спирали, была найдена во всех состояниях, водородная связь внутри глобулы нашлась в половине состояний, а связь на поверхности белка не нашлась ни в одном.

Задание 2

Далее был построен scatter-plot для зависимости B-фактора каждого остатка от RMSF (root mean square fluctuation) (рис.5). Цепь B в структуре РСА учтена не была. Большая часть точек, находящихся в области низких значений B-фактора и RMSF, имеют положительную корреляцию, однако при значениях RMSF выше 1 точки сильно разбросаны. Коэффициент Пирсона = 0.243, а p-value = 0.00214, из чего можно сделать вывод, что корреляция возможно, но вообще не факт...

**Рисунок 5.** Зависимость RMSF каждого остатка от B-фактора

Задание 3

Согласно статье [1], для более точного сравнения структур можно посчитать B-фактор и RMSF для каждого атома, кроме водородов, и далее применить к полученным значениям следующие математические преобразования (исходя из формулы):

Был построен scatter-plot зависимости 3*B-factor/(8*π²) от RMSF² (рис. 6). Коэффициент Пирсона = 0.151, p-value = 1.27e-07. Коэффициент корреляции еще ниже, чем в предыдущем задании, хотя, согласно теории, корреляция должна быть близка к 1 (значения должны быть равны…). Однако и p-value сильно уменьшился. Большая часть точек концентрируется в области значений RMSF^2, равных 5. Кажется, сложно утверждать, что в обоих случаях имеется корреляция.

**Рисунок 6.** Зависимость RMSF каждого атома от "B-фактора"

[1] - Kuzmanic A, Zagrovic B. Determination of ensemble-average pairwise root mean-square deviation from experimental B-factors. Biophys J. 2010;98(5):861-871. doi:10.1016/j.bpj.2009.11.011