Электронная плотность

АХТУНГ!!! Сессии PyMol являются слишком тяжелыми файлами, поэтому они хранятся в архиве и будут удалены с кодомо 25 декабря 2024 года. pse.zip

ЭП: хорошая и плохая расшифровки

В данной части практикума сравнивались две кристаллографические расшифровки одного и того же белка – глутатионредуктазы. Структура 3DK9 имеет разрешение 0.95 Å, в то время как структура 2AAQ имеет разрешение 2.60 Å. Уже сразу заметно, что в структуре с большим качеством больше молекул воды. Также методом более пристательного взгляда можно обнаружить, что для структуры с высоким разрешением приведены альтернативные конформации для остатков. Особенно это хорошо заметно на участке белка, не имеющем вторичной структуры (рис. 2). Сессии PyMOL доступны по ссылкам: 3DK9.pse и 2AAQ.pse.

Рис. 1 3DK9 — **Рис. 1.** Структуры 3DK9 и 2AAQ соответственно.

Рис. 1 2AAQ — **Рис. 1.** Структуры 3DK9 и 2AAQ соответственно.

Рис. 2 3DK9 — **Рис. 2.** Фрагмент свободной петли структуры 3DK9 и 2AAQ соответственно.

Рис. 2 2AAQ — **Рис. 2.** Фрагмент свободной петли структуры 3DK9 и 2AAQ соответственно.

Для участков остова 275..280 обеих структур была построена карта электронной плотности на уровне подрезки 2 (рис. 3). Легко заметить, что для структуры 3DK9, обладающим лучшим разрешением, электронная плотность образует почти идеальные сферы вокруг каждого атома остова, в то время как для менее качественной структуры 2AQQ электронная плотность покрывает лишь часть атомов остова, причём для атомов углерода и кислорода она сливается в единое облако.

Рис. 3 3DK9 — **Рис. 3.** Электронная плотность вокруг остова для фрагментов структур 3DK9 и 2AAQ соответственно.

Рис. 3 2AAQ — **Рис. 3.** Электронная плотность вокруг остова для фрагментов структур 3DK9 и 2AAQ соответственно.

ЭП и положение в структуре

В данной части практикума использована структура 5X8S связывающего лиганд домена орфанного рецептора, связывающего ретиноид. Для остова была построена электронная плотность на разных уровнях подрезки (рис. 4). Видно, что на уровне подрезки 1 электронной плотностью хорошо покрыты все атомы остова. На уровне подрезки 2 концевые атомы цепей оказываются непокрыты электронной плотностью. На уровне подрезки 3 атомы остова петель на переферии белка оказываются плохо покрыты электронной плотностью, в то время как атомы участков, обладающих вторичной структурой и расположенные во внутренней части глобулы, покрыты хорошо. Это можно объяснить тем, что концы цепи и свободные петли обладают большей подвижностью, поэтому электронная плотность этих атомов сильнее размазана в пространстве. Сессия PyMOL доступны по ссылке: 5X8S.pse.

**Рис. 4.** Покрытие ЭП остова на уровнях подрезки 1, 2 и 3 соответственно.

ЭП и типы атомов

В данной части практикума использована та же структура 5X8S. Для лигнда (урсоловой кислоты) была построена электронная плотность на разных уровнях подрезки (рис. 5). Видно, что на уровнях подрезки 1 и 2 электронной плотностью хорошо покрыты все атомы лиганда. Однако на уровне подрезки 3 хорошо покрыты только более электроотрицательные атомы кислорода.

Рис. 5 — **Рис. 4.** Покрытие ЭП лиганда на уровнях подрезки 1, 2 и 3 соответственно.

Восстановление функции электронной плотности по экспериментальным данным

В данной части практикума использованы скрипты, написанные Андреем Владимировичем Алексеевским. Они позволяют смоделировать результаты эксперимента РСА. В качестве модели использована система из молекул ацетилена, синильной кислоты, диацетилена и углекислого газа, расположенных на одной прямой (рис. 6).

**Рис. 6.** Изображение модели с указанием координат центров атомов.

Для данной модели была определена теоретическая электронная плотность, а также экспериментальная электронная плотность для разных наборов гармоник и шумов (рис. 7, 8 и табл. 1). По этим результатом можно сделать вывод, что сильнее всего на качество восстановления электронной плотности влияют шумы по фазам и потеря средних гармоник.

Рис. 7 10 — **Рис. 7.** Восстановление электронной плотности по гармоникам 0–10, 0–20, 0–30 и 0–40 соответственно без добавления шума.

Рис. 7 30 — **Рис. 7.** Восстановление электронной плотности по гармоникам 0–10, 0–20, 0–30 и 0–40 соответственно без добавления шума.

Рис. 8 F — **Рис. 8.** Восстановление электронной плотности по гармоникам 0–40 с добавлением шума по модулям и фазам соответственно.

Рис. 8 phi — **Рис. 8.** Восстановление электронной плотности по гармоникам 0–40 с добавлением шума по модулям и фазам соответственно.

**Таблица 1.** Восстановление функции по коэффициентам ряда Фурье.
Набор гармоник	Разрешение (Å)	Полнота данных (%)	Шум амплитуды (% от величины F)	Шум фазы (% от величины phi)	Качество восстановления (отличное, хорошее, среднее, плохое)	Комментарии
Полный набор гармоник
0–10	3 Å	100%	0	0	Плохое
0–20	1,5 Å	100%	0	0	Среднее
0–30	1 Å	100%	0	0	Хорошее
0–40	0,75 Å	100%	0	0	Отличное
0–20	1,5 Å	100%	10	0	Среднее
0–40	0,75 Å	100%	10	0	Отличное	Появились пики между молекулами
0–20	1,5 Å	100%	0	10	Среднее
0–40	0,75 Å	100%	0	10	Хорошее	Пики шума неотличимы от пиков реальных протонов
0–20	1,5 Å	100%	10	10	Среднее
0–40	0,75 Å	100%	10	10	Хорошее	Пики шума неотличимы от пиков реальных протонов
Неполный набор гармоник
2–40	0,75 Å	95%	0	0	Отличное	Уменьшилась амплитуда всех пиков
0–15, 20–40	0,75 Å	90%	0	0	Хорошее	Некоторые пики шума похожи на пики реальных протонов
0–40, 50	0,6 Å	82%	0	0	Отличное
2–15, 20–40, 50	0,6 Å	71%	10	10	Хорошее	Пики шума неотличимы от пиков реальных протонов