Электронная плотность

ЭП: хорошая и плохая расшифровки

В этом задании мне предстояло сравнить две кристаллографические расшифровки с PDB ID 7JKY и 6X7C. Они соответствуют структуре бромдомена 1 бромдоменсодержащего белка 4. В таблице ниже приведено сравнение характеристик этих расшифровок.

Таблица 1. Характеристики кристаллграфических расшифровок
7JKY 6X7C
Разрешение 1.16 Å 2.70 Å
Размер домена 15.76 kDa (127 а.к.) 16.36 kDa (134 а.к.)
Количество альфа-спиралей 4 длинные + 3 короткие 4 длинные + 2 короткие
Количество цепей 1 1

Ниже представлены изображения структур:

numbers
Рис 1. Структура домена согласно расшифровке 7JKY с разрешением 1.16 Å
symbols
Рис 2. Структура домена согласно расшифровке 6X7C с разрешением 2.70 Å

Чтобы лучше оценить соответствие структур, были построены выравнивания полных структур, а также без молекул воды и лигандов.

numbers
Рис 3. Выравнивание полных структур
symbols
Рис 4. Выравнивание структур без молекул воды и лигандов. Справа можно видеть участок, на котором структуры не совпадают: у расшифровки с более высоким разрешением (7JKY, зелёным цветом) в этом месте альфа-спираль, а у второй расшировки – петля

Из рисунка 3 видно, что расшифровки довольно неплохо выравниваются, в том числе и по расположению лигандов, за исключсением некоторых участков. Например, на рисунке 4 справа виден несовпадющий участок: у расшифровки с более высоким разрешением там находится короткая альфа-спираль, в то время как у расшифровки с более низким разрешением на этом месте петля. Ниже приведены изображения аминокислот, входящих в данный участок.

training
test
control

На изображениях представлены все аминокислоты, входящие в несовпадающий участок. Четыре из шести аминокислот (ASP-88, ALA-89, VAL-90, LEU-92) относительно неплохо согласуются по расположению. Их боковые радикалы немного смещены друг относительно друга. Хуже согласуются расположения LYS-91: боковые радикалы смотрят совсем в разные стороны. Самый неоднозначный остаток ASN-93 показан на правом изображении. В расшифровке 7JKY с более высоким разрешением для него есть два альтернативных варианта расположения, при этом ни один из них не совпадает с расположением в расшифровке 6X7C.

Ниже приведены изображения электронной плотности для остова этого участка на уровнях подрезки 1, 2 и 3.

numbers
Рис 5. Уровень подрезки 1, структура 7JKY
symbols
Рис 6. Уровень подрезки 1, структура 6X7C
numbers
Рис 7. Уровень подрезки 2, структура 7JKY
symbols
Рис 8. Уровень подрезки 2, структура 6X7C
numbers
Рис 9. Уровень подрезки 3, структура 7JKY
symbols
Рис 10. Уровень подрезки 3, структура 6X7C

Видно, что в случае со структурой с более высоким разрешением (7JKY, слева) электронная плотность очень хорошо ложится на остов. У структуры с более низким разрешением (6X7C, слева) электронная плотность менее детальная, скорее показывает примерную область. На уровне подрезки 3 для структуры JKY можно восстановить структуру остова, плотность идеально окружает атомы. У структуры же 6X7C на всех уровнях плотность более угловатая.

По распределению электронной плотности очевидно, что у структуры 7JKY более высокое разрешение, что согласуется с данными из PDB.

ЭП и положение в структуре

В данном задании я работала со структурой 6F2Q. Это расшифровка структуры галектина-3C в свободной от лигандов форме. Разрешение расшифровки составляет 1.03 Å, размер белка – 15.7 kDa.

tree
Рис 11. Структура 6F2Q

Посмотрим на электронную плотность, построенную с помощью mesh на уровнях подрезки 1, 2 и 3.

training
Рис 12. Уровень подрезки 1
test
Рис 13. Уровень подрезки 2
control
Рис 14. Уровень подрезки 3

Видно, что по мере увеличения уровня подрезки структура становится менее покрытой ЭП. На 3 уровне ЭП сохраняется ближе к центру молекулы, а по краям покрытие меньше.

Альтернативные положения

Мне была дана структура 6RT3 (лизоцим) c двумя аминокислотными остатками, для которых показаны альтернативные положения: ARG-45 и ARG-68. Выяснилось, что возможны сочетания, когда оба аргинина находятся либо в положении А, либо в положении В.

Таблица 2. Варианты альт-локов для ARG-45 и ARG-68
ARG-68 "A" ARG-68"B"
ARG-45 "A" Возможно Невозможно из-за перекрытия Ван-дер-Ваальсовых радиусов (см. Рисунок 15)
ARG-45 "B" Невозможно из-за перекрытия Ван-дер-Ваальсовых радиусов (см. Рисунок 15) Возможно
tree
Рис 15. Перекрытие Ван-дер-Ваальсовых радиусов у альт-локов, сочетания которых невозможны

Стабилизация сочетаний АА и BB осуществляется за счёт водородных связей. Возможные взаимодействия представлены на Рисунке 16. В образовании водородных связей участвуют остатки THR-51 и GLY-49. В случае сочетания AA могут образовываться две водородные связи между ARG-45 и THR-51 и одна между ARG-68 и GLY-49. При альтернативном положении ARG-45 может образовать две водородные связи с GLY-49, а ARG-68 – одну с THR-45.

symbols
symbols
Рис 16. Возможные стабилизирующие взаимодействия сочетаний альт-локов АА (слева) и BB (справа) остатков ARG-45 и ARG-68
B-фактор

В этом задании я продолжаю работать со структурой 6RT3. Покрасила по B-фактору сначала остов (Рисунок 17), а потом и весь белок (Рисунок 18).

numbers
Рис 17. Остов белка, окрашенный по B-фактору
symbols
Рис 18. Весь белок, окрашенный по B-фактору

По Рисунку 17 видно, что более высокие значения B-фактора наблюдаются у атомов, расположенных на периферии молекулы. Это ожидаемо, так как для наружных участков белка характерна большая подвижность.

Для детального рассмотрения я выбрала остаток ARG-21. Его атомы заметно краснеют при продвижении от Сα атома к концу боковой группы.

training
Рис 19. ЭП остатка ARG-21, уровень подрезки 1
test
Рис 20. Уровень подрезки 2
control
Рис 21. Уровень подрезки 3

Можно сделать следующий вывод: там, где B-фактор больше, ЭП ниже. ЭП атомов с красной окраской видно только на уровне подрезки 1. Следовательно, можно сказать, что B-фактор является мерой подвижности атома, а значит неопределённости его положения.