Практикум 5. ProDy-2. ЯМР vs РСА

Задание 1. Вводное

В этом практикуме были даны 2 структуры белка, связывающего жирные кислоты кишечника iFABP. Структура 3AKM получена методом РСА и имела разрешение 1.90 Å, а структура 6L7K – методом ЯМР и для неё в PDB было загружено 20 моделей. На рис.1 показаны выравненные структуры 3AKM (голубым) и 6L7K (зелёным). На макромолекулярном уровне структуры различаются в следующем: 2 бета-листа, соединённых нестрктурированным участком белка из структуры 6L7K(ЯМР), представлены одним длинным бета-листом(отмечено красным на рис.1) в 3AKM(PCA). И в целом многие бета-листы в РСА структуре немного длиннее аналогичных в ЯМР структуре. Также в структурах различаются положение боковых групп аминокислот на поверхности белка (рис.2). В структуре ЯМР присутствуют водороды (поскольку метод способен детектировать сигнал от атомов с половинчатым спином, как например у водорода), а в РСА нет.

Задание 2. RMSF

В данном задании изучалось насколько разница между моделями ЯМР структуры 6L7K обусловлена её подвижностью, а не техническим шумом. Для этого была вычислен показатель RMSF, являющийся мерой подвижности отдельных участков (атомов, остатков, петель) структуры. В идеальном случае, когда ансамбль моделей ЯМР отражает подвижности структуры со временем, то по нему можно вычислить значения B-факторов по формуле: Bi=((8*П^2)*RMSFi^2)/3. Средние значения В-фактора были вычислены по модели РСА 3AKM. Scatter-plot зависимости среднего B-фактора остатка от RMSF остатка приведена на рис.3. На рис.4 приведён тот же scatter-plot, но с функцией зависимости В-фактора от RMSF: Bi=((8*П^2)*RMSFi^2)/3. Исходя из рис. 3 и 4 можно сказать, что нужной нам зависимости нет, и различия в моделях ЯМР не обусловлены изменениями системы во времени.

Задание 3.

В структуре, полученной методом РСА, были выбраны 3 водородные связи:
1)между атомами остова в ядре белка в бета-листе (рис.5). Водородная связь образуется между кислородом Thr 39 и азотом Lys50, она присутствует во всех ЯМР моделях.

2)водородная связь боковых цепей в ядре белка между Arg 106 (NE) и GLN 115 (OE1) (рис.6) присутствует только в 15% моделей ЯМР.

3)Две водородные связи в петле, выходящей на поверхность глобулы, между Arg 95(NH2) и Asp97(OD2) и Arg 95(NE) и Asp97(OD1) (рис.7). Обе связи не встречаются в ЯМР моделях.

В таблице ниже приведена характеристика этих связей.

Водородная связь между остатками	Расстояние в РСА	% моделей ЯМР	Минимальное расстояние в ЯМР	Максимальное расстояние в ЯМР	Медиана расстояний в ЯМР
1)Thr 39(O) - Lys 50(N)	2.93709346	100	2.711099	2.87729	2.7514827
2)Arg 106 (NE) - GLN 115 (OE1).	2.7778	15	2.4715	8.1486	4.7781
3)Arg 95(NH2) - Asp97(OD2)	2.8867	0	4.6077	8.3903	6.7851
4)Arg 95(NE) и Asp97(OD1)d>	2.97467	0	3.62581	6.79555	5.60947

Таким образом, водородная связь между атомами остова в бета-листе сохранялась во всех моделях ЯМР, т.к. там меньше подвижность атомов. Связь между боковыми цепями в ядре белка встречалась всего лишь в 15% моделей, в то время как связь между остатками на поврехности белка не образовалась ни в одной модели. Вероятно это обусловлено большей подвижность остатков по сравнению с РСА, поскольку в ЯМР белок находится в растворе, а не в кристалле.