Оценка качества 3D структуры.

Странности в структурах PDB.

Модель 7GPB

Структура 7GPB - модель гомотетрамера гликогенфосфорилазы, полученная с разрешением 2.20 Å. Статья с расшифровкой структуры написана в 1991 году.
В данной структуре странными являются триптофаны цепи D. Пример такого ненормального триптофана показан на рисунке 1а. Для сравнения на рисунке 1б приведена структура нормального триптофана той же белковой цепи.

Рисунок 1. а) Trp67 цепи D. Отчетливо видно сильное нарушение планарности бокового радикала аминокислоты. б) Trp 825 цепи D.

Температурный фактор для атомов индольного кольца Trp 67 значительно выше (48.97 - 54.15), чем температурный фактор Trp 825 (17.33 - 21.80). Можно сделать вывод, что при создании модели были допущены противоречия законам химии.
На рисунке 2 представлена карта Рамачандрана для цепи D, полученная в базе PDBREPORT. Видно, что множество остатков лежит за пределами разрешенных областей, это говорит о том, что структура в целом разрешена плохо.

Рисунок 2. Карта Рамачандрана для цепи D структуры 7GBP.

Модель 5RXN

5RXN - модель рубредоксина, полученная с разрешением 1.20 Å.Структура была расшифрована в 1984 году. В структуре модели можно обнаружить два диастереомера треонина – (2S, 3S) и (2S, 3R). При этом первый диастереомер является нетипичным для белков.
На рисунке 3 показаны два стереоизомера треонина: Thr 5 и Thr 7.

Рисунок 3. Два диастереомера треонина – (2S, 3S) и (2S, 3R).

Температурные факторы для атомов боковой цепи Thr 5 имеют значения выше, чем для Thr 7. В базе данных PDBREPORT отчет по данной структуре содержит следующую ошибку:

Error: Threonine nomenclature problem

The threonine residues listed in the table below 
have their O-gamma-1 and C-gamma-2 swapped.

   5 THR   (   5-)  A

Это говорит о том, что выбор стереоизомера (2S, 3S) Thr 5 ничем не обоснован. Кроме треонина из протеиногенных аминокислот хиральностью может обладать изолейцин.

Модель 1RC2

1RC2 - модель аквапорина Z полученная с разрешением 2.50 Å. Структура была получена в 2003 году. В файле .pdb присутствуют молекулы воды, находящиеся на расстоянии более 5 Å от белковой цепи, то есть не связанные с белком. На рисунке 4 показаны атомы кислорода этих молекул.

Рисунок 4. Цепи A и B аквапорина Z (расстояние между цепями уменьшено, по сравнению со структурой кристалла). Оранжевыми шариками показаны атомы кислорода молекул воды, не связанных с белковой цепью.

В данной модели много атомов (около 10%) со значениями температурного фактора >100, что говорит о плохом разрешении структуры. На рисунке 5 представлена карта Рамачандрана для цепи B, полученная в базе PDBREPORT. Видно, что большое количество остатков лежит за пределами разрешенных областей.

Рисунок 5. Карта Рамачандрана для цепи B аквапорина Z.

B-фактор и заполненность при разных разрешениях.

На сайте PDB c помощью Advanced search был произведен поиск структур с разрешением до 1 Å и от 2.0 Å до 2.5 Å (метод получения - X-Ray). Были выбраны структуры 3NIR с разрешением 0.48 Å (48 аминокислот) и 4U7Y с разрешением 2.5 Å (90 аминокислот).
На рисунке 6 представлены гистограммы для температурных факторов обеих структур. Они демонстрируют, что температурные факторы выше у структуры с меньшим разрешением (3NIR).

Рисунок 6. Распределение значений температурных факторов структур 3NIR и 4U7Y.

Коэффициенты заполнения для всех атомов менее точной структуры (4U7Y) равны единице. Для более точной структуры появляется неоднозначность в положении некоторых атомов, и их коэффициент заполнения меньше единицы. Это демонстрируется диаграмой распределения коэффициентов заполнения для структуры 3NIR представленной на рисунке 7.

Рисунок 7. Распределение значений коэффициентов заполнения для атомов структуры 3NIR.