Построение и визуализация электронной плотности (ЭП)

Построение и визуализация электронной плотности (ЭП)

Для работы был выбран белок TenI (3QH2) из Bacillus subtilis (Рис.1). Он является тиозоловой таутомеразой.

Рис. 1. Белок TenI из Bacillus subtilis (из PDB)

Разрешение: 2.23 Å

Длина белка: 221 а.о.

Данный белок удовлетворяет необходимым параметрам:

Есть в базе данных PDB;
PDB-код известен серверу EDS, то есть имеются экспериментальные данные;
У белка есть структурные гомологи (проверка с помощью PDBeFold, подходящие под требования:
- 0.8 < RMSD < 3
- 50 % < N_align< 90% (для белка TenI: 111 < N_align < 199)

Таблица 2

Поиск структурных гомологов с помощью PDBeFold

Подходящие под заданные критерии гомологи выделены красной рамкой (их более 5).

Визуализация ЭП вокруг полипептидной цепи

Для визуализации ЭП была скачана карта электронной плотности белка TenI и использовалась программа PyMOL.

При визуализации используются не физические единицы измерения (заряд/ Å³), а статистические — превышение сигнала над шумом (Z). Для вычисления Z рассчитывается среднее значение ЭП по ячейке кристалла M и среднее квадратичное отклонение σ. Для каждой точки вычисляется Z = (R – M)/σ. Здесь R — значение ЭП в данной точке пространства (x,y,z) в физических единицах, Z — значение ЭП "в сигмах" в той же точке.

Для более качественной оценки модели пространственной структуры нужно рассматривать несколько уровней срезки на определенном расстоянии от выбранного множества (параметр carve). В данном случае были построены изображения ЭП при 1σ, 1.5σ, 2σ, 2.5σ, 3σ при carve = 2Å (Рис. 2).


1σ	1.5σ	2σ


2.5σ	3σ

Рис. 2. Изображение ЭП вокруг полипептида

Анализируя Рис. 2, можно утверждать, что при увеличении уровня срезки, некоторые атомы пептидного остова перестают покрываться ЭП. Это концевые атомы. Однако большая часть белка покрывается картой ЭП. Можно говорить о хорошем разрешении для того, чтобы проследить пептидную цепь.

Визуализация ЭП вокруг аминокислотных остатков

Были построены изображения ЭП вокруг пролина Pro12 (Рис. 3), аланина Ala17 (Рис. 4), фенилаланин Phe29 (Рис. 5).


1σ	1.5σ	2σ	2.5σ	3σ

Рис. 3.Изображение ЭП вокруг пролина


1σ	1.5σ	2σ	2.5σ	3σ

Рис. 4.Изображение ЭП вокруг аланина


1.5σ	2σ	2.5σ	3σ

Рис. 5.Изображение ЭП вокруг фенилаланина

При увеличении уровня срезки видны те области, в которых присутствует наибольшее скопление электронов. При небольших значениях σ (1-1.5) все атомы аминокислотных остатков покрываются ЭП. А вот при больших значения σ (2.5-3) уже не наблюдается четкого соответствия карте ЭП. Следовательно, мы можем говорить о недостаточно хорошем разрешении структуры и о недостаточности такого разрешения для обнаружения отдельных атомов.