Практикум 2. Альтернативные положения, B-фактор, кристалл

Задание 1. Альтернативные положения

В данном задании рассматривали структуру с PDB: 3czf и два остатка цепи А: Glu-166 и Arg-169. У каждого по два альтернативных положения. Итого может быть 4 сочетания, но не все из них возможны в реальности. В частности невозможно одновременно сочетание альт-лока А Arg-169 и альт-лока B Glu-166, потому что расстояние между боковыми остатками не может быть 1.5 Å и меньше (Рис. 1). Это расстояние характерно для ковалентной связи, которой здесь нет.

Рисунок 1. Невозможное сочетание: альт-лок А Arg-169 (белый) и альт-лок B Glu-166 (голубой). Синим показан азот, красным - кислород. Расстояние в Å. Параметр ray_trace_mode, 1.

Наиболее стабильным кажется сочетание альт-лока B Arg-169 и альт-лока А Glu-166 (Рис. 2). Альт-лок B Arg-169 возможно стабилизирован водородной связью с водой, чего не наблюдается для альтлока A Arg-169. Населённость у альт-локов одинаковая. Альт-лок А Glu-166 стабилизирован двумя водородными связями с водой, а ещё у данного альт-лока населённость больше, чем у альт-лока B (Табл. 1).

Аргинин - это положительно заряженная аминокислота, а глутамат - отрицательно заряжен, поэтому можем предположить, что мы будем наблюдать стабилизацию за счёт электростатических взаимодействий, но ни в одном сочетании такого не наблюдается - геометрия остатков для этого не подходит и большие расстояния.

Рисунок 2. Наиболее возможное сочетание: альт-лок B Arg-169 (белый) и альт-лок A Glu-166 (голубой). Синим показан азот, красным - кислород. Пунктирной линией показаны водородные связи. Расстояние в Å. Параметр ray_trace_mode, 1.
Таблица 1. Населённость различных альт-локов (PDB: 3czf).
Название остатка Альт-лок Населенность (Occupancy)
Arg-169 A 0.5
Arg-169 B 0.5
Glu-166 A 0.6
Glu-166 B 0.4

Задание 2. B-фактор

B-фактор позволяет оценить "размытие" ЭП от атома и является следствием неопределенности в его точном положении. На уровне молекулы такая неопределенность может быть следствием большой термической подвижности. B-фактор определяется, как:
Bi = 8π2Ui2, где Ui - среднеквадратичное отклонение атома i. Т.е. чем более подвижен атом, тем больше "размазана" его электронная плотность и тем выше B-фактор.

Для данного белка мы наблюдаем, что концы цепей и неструктурированные части более красные, т.е. имеют больший В-фактор, а значит, более подвижны. Внутренняя часть глобулы более синяя, т.е. имеет меньший В-фактор (Рис. 3).

Рисунок 3. Остов структуры с PDB: 3czf. Атомы с низким B-фактором покрашены синим, атомы с высоким – красным. Параметр ray_trace_mode, 1.

Остаток, который заметно краснеет к концу - Lys-121 A цепи белка, т.е. имеет высокий B-фактор. Это говорит о том, что боковой радикал этого аминокислотного остатка очень подвижен. Lys-121 расположен рядом с гидрофобным ядром, а сам является заряженным, т.е. гидрофильным, поэтому он смотрит наружу. Это можно объяснить тем, что термодинамически выгодно вступать во взаимодействие с водой, поскольку в таком случае энтропия системы увеличивается.

Электронная плотность на уже уровне подрезки 1 исчезает с участков с высоким B-фактором (показано красным). С низким B-фактором (показано синим) - наоборот, электронная плотность остаётся вплоть до уровне подрезки 3. Что логично, потому что чем больше В-фактор, тем больше "размазана" электронная плотность.

1 / 3
Уровень подрезки 1, carve = 1.8
2 / 3
Уровень подрезки 2, carve = 2
3 / 3
Уровень подрезки 3, carve = 2
Серия mesh'ей вокруг Lys-121 цепи А структуры с PDB: 3czf на разных уровнях подрезки. Атомы с низким B-фактором покрашены синим, атомы с высоким – красным. Изображение получено c параметром ray_trace_mode, 1.

Задание 3. Соседи

Здесь мы восстанавливали кристалл структуры с PDB: 3czf с помощью GUI:
A > generate > symmetry mates > с отсечкой в 50 Å (Рис. 4).

Рисунок 4. "Исходная" структура с PDB: 3czf. Ракурс иллюстрирует "Кристалличность". Параметр ray_trace_mode, 1. Эта картинка рендерилась 1811.51 секунд, надо было использовать draw.

Исходная структура соприкасается с 10-ю соседями (Рис. 5).

Рисунок 5. Исходная структура с PDB: 3czf показана красным в виде "surface". Остальные 10 сгенерированных структур соседей показаны своими цветами и пронумерованы. Отсечка по расстоянию 4 Å. Параметр ray_trace_mode, 1. (А) Вид спереди. (Б) Вид сбоку, повернуто на 90° в плоскости OXY.
Тоже, что и на Рис. 5, но в виде гифки для наглядности. Картинки получены с шагом в 10°, итого 36 кадров.

Список некоторых команд, чтобы я могла сориентироваться, как повторить сделанное.

© Marina Kan, 2020