В этом практикуме сравнивались структуры цитотоксичной рибонуклеазы, полученные методами ЯМР (1bc4) и РСА (1km8). В ЯМР-структуре содержится 15 моделей. Разрешение РСА-модели - 1,9 Å. 
Выбранные структуры похожи, их укладка в большей мере совпадает за исключением некоторых спиралей и петель (рис. 1).

Рис. 1. Наложение структур 1bc4 и 1km8.Золотым цветом изображена структура, расшифрованная с помощью ЯМР (1bc4), а голубым - с пощью РСА (1km8).

Для сравнения этих структур было выбрано несколько аминокислотных остатков, между которыми образуются водородные связи. 

  • между остовными атомами внутри глобулы белка (Phe40 и Asn69) (рис. 2)
  • между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы белка (Asn57, Lys95 и Glu97; Trp3 и Gln7) (рис. 3 и 4 соответственно)
  • между остовными атомами в петле (Val30 и Gln3) (рис. 5)

Стоит отметить, что найти водородные связи между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы оказалось достаточно сложно, поэтому выбранные остатки расположены не в самой глобуле, а ближе к ее поверхности.

Рис. 2. Водородные связи между остовными атомами внутри глобулы белка. Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано слева.

Рис. 3. Водородные связи между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы белка. Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано слева.

Рис. 4. Водородные связи между кислородом остовной цепи Trp3 и азотами остовной и боковой цепей Gln7. Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано слева.

Рис. 5. Водородные связи между остовными атомами в петле. Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано слева.

Данные взаимодействия между выбранными остатками были проанализированы в ЯМР-структуре. Для каждой из 15 моделей оценивалось расстояние между соотвествующими атомами данных остатков, которые участвуют в формировании водородной связи.

Рис. 6. Контакт Phe40-O и Asn69-N и Phe40-N и Asn69-O во всех 15 моделях структуры 1bc4.

В таблице 1 представлены полученные результаты. Для каждого взаимодействия оценивался процент моделей ЯМР, в которых присутствует водородная связь (третий столбец, %), а также минимальное, максимальное и среднее расстояния между атомами (dmin, dmax и dmean, соответственно).

Таблица 1

Взаимодействие
1KM8 (РСА)
1BC4 (ЯМР)
d
%
d_min
d_max
d_mean
Phe40-O и Asn69-N
3,13
100
3,0
3,1
3,05
Phe40-N и Asn69-O
2,82
100
2,9
3,1
2,99
Glu97-OE2 и Lys95-NZ
2,8
0
-
-
-
Asn57-OD1 и Lys95-NZ
2,7
0
-
-
-
Trp3-O и Gln7-N
3,0
100
2,7
2,8
2,75
Trp3-O и Gln7-NE
3,5
0
-
-
-
Val30-O и Gln33-N
3,4
0
-
-
-
Val30-N и Gln33-O
3,0
0
-
-
-

Как видно из таблицы 1, взаимодействия между остовными атомами аминокислот внутри глобулы были прекрасно воспроизведены во всех 15 моделях ЯМР структуры. С другой стороны, примеры взаимодействий для боковых цепей аминокислот и взаимодействий между остовными атомами аминокислот в петле в структуре, полученной РСА, не были обнаружены в случае ЯМР структуры. Это может быть обусловлено высокой подвижностью боковых цепей на выбранных участках, а также мобильностью аминокислот в петлях. Также были проанализированы все остальные возможные взаимодействия между боковыми цепями внутри глобулы (картинки не приведены), однако все эти немногочисленные взаимодействия не были воспризводимы в структуре, полученной с помощью ЯМР. В связи со сложившейся ситуацией было решено рассмотреть данный тип взаимодействия на другом белке. В качестве примера были рассмотрены структуры человеческой мутированной супероксиддисмутазы, полученные методом ЯМР(1ba9) и РСА (1mfm). В ЯМР-структуре содержится 36 моделей, 7 из которых идентичны. Разрешение РСА-модели - 1,02 Å.

В данных структурах были проанализированы только лишь водородные связи, образующиеся между боковыми цепями аминокислот спирали и петли (рис. 7 (РСА) и 8 (ЯМР)). Результаты приведены в таблице 2. П

Рис. 7. КонтактAsn139-ND2 и Asn131-OD1 иAsn139-ND2 и Asp125-OD2 в структуре 1mfm.

Рис. 8. Контакт Asn139-ND2 и Asp125-OD2 во всех в 5 из 30 возможных структурах 1ba9.

Таблица 2

Взаимодействие
1MFM (РСА)
1BA9 (ЯМР)
d
%
d_min
d_max
d_mean
Asn139-ND2 и Asn131-OD1
2,9
0
-
-
-
Asn139-ND2 и Asp125-OD2
2,9
16,7
1,7
2,5
2