Протонирование

PROPKA

В данном задании я работала со структурой 7C4N. Кристаллизация происходила при pH = 3.5

Эту структуру я проанализировала с помощью сервиса PDB2PQR. Скачала файлы с расширением .pqr и .log, во втором после строчки "SUMMARY OF THIS PREDICTION" находится информация, в которой представлена информация о предсказанных значениях pKa для 44 остатков ASP, 38 GLU, 9 HIS, 4 CYS, 25 TYR, 30 LYS и 21 ARG. Среди ASP, GLU и HIS были выбраны остатки с самыми высокими значениями pKa, которые также выше, чем pH кристаллизации. Информация о них представлена в таблице:

Таблица 1. Остатки с самыми высокими значениями pKa
Позиция pKa model-pKa
ASP 580 8.39 3.80
GLU 573 9.61 4.50
HIS 467 7.18 6.50

HIS 467
tree
Рис 1. Окружение HIS 467

Здесь имеется одна возможная позиция для протонирования. Думаю, PROPKA права с фактором протонирования, так как в данном случае может образовываться водородная связь с карбонильной группой глутамата 471

ASP 580
numbers
Рис 2. Окружение и возможные водородные связи ASP 580 по предсказанию PROPKA
symbols
Рис 3. Возможные водородные связи для ASP 580 при условии, что протонирован другой атом кислорода

Теперь рассмотрим остаток ASP 580. На рисунках показаны остатки, с которыми он теоретически может образовывать водородные связи. На левом рисунке представлена ситуация согласно предсказанию PROPKA. В этом случае ASP 580 может выступать только в роли акцептора водородной связи. Все связи, которые я отметила на рисунке, оптимальной длины и выглядят правдоподобными.

Рассмотрим другой вариант: если PROPKA права с фактором протонирования, но протон находится на другом атоме кислорода (Рис 3). В таком случае в образовании водородных связей принимают участие те же остатки. ASP так же в основном выступает в роли акцептора (за исключением одной связи с карбонильной группой ASP 97), но при этом более правдоподобной, чем в предыдущем случае, выглядит только связь с атомом кислорода тирозина. Остальные связи слишком длинные. Так что я бы сказала, что алгоритм верно предсказал положение водорода.

GLU 573
tree
Рис 4. Окружение GLU 573

Для этого остатка тоже возможны несколько водородных связей, в которых он может выступать и в роли донора, и в роли акцептора. На мой взгляд водород в правильном положениии, при альтернативном положении количество возможных водородных связей не увеличилось бы.

PROTOSS

Ниже представлены изображение тех же остатков согласно предсказанию PROTOSS

numbers
Рис 5. Предсказания PROTOSS. Окружение ASP 580 и GLU 573
protoss_his
Рис 6. Окружение HIS 467

Согласно предсказанию PROTOSS, ASP 580 и GLU 573 депротонированы, что не согласуется с результатами PROPKA. Возможно, такой результат объясняется тем, что эти остатки являются в основном акцепторами водородной связи, и в таком случае они могут образовыват те же связи кроме связи с ASP 97, так как в предсказнии PROTOSS он тоже депротонирован. Что касается остатка HIS 467, для него предсказания двух алгоритмов согласуются, в обоих он протонирован и выступает донором водородной связи.

Вывод

Для двух из трёх остатков предсказания программы различаются, так как PROTOSS не учитывает pKa, а ориентируется на оптимизацию графа контактов остатков друг с другом. Почти все возможные контакты с этими остатками обеспечиваются за счёт того, что они выступают в роли акцепторов водородной связи, поэтому PROTOSS не протонировал их. Образующиеся связи нужны для поддержания третичной структуры белка, а именно для сближения нескольких альфа-спиралей и стабилизации их концов.