Практикум 2.Альтернативные положения, B-фактор, кристалл.

Задание 1. Альтернативные положения.
В данном задании требовалось рассмотреть альтернативные положения двух аминокислот в белке, стабилизирующие их взаимодействия и наиболее вероятные сочетания альтернативных положений (альт-локов) данных аминокислот.Для выполнения задания была использовала структура белка с PDB ID 6B0D.
На рисунке 1 изображен остаток ARG35. Альтернативное положение А отмечено оранжевым, альтернативное положение В - синим.
Рисунок 2 позволяет высказать предположение, что альтернативное положение А остатка ARG35 (цепь D) с положительно заряженным радикалом может образовывать соляной мостик с отрицательно заряженным радикалом ASP131 (цепь D), а альтернативное положение В может образовывать соляной мостик с отрицательно заряженным радикалом GLU31 (с его альтернативным положением C). Полярное взаимодействие с остатком GLU31, находящимся на соседнем ветке альфа-спирали, скорее всего, несет совсем небольшую структурную функцию, в то время как взаимодействие с ASP131, находящимся на соседней альфа-спирали, может с большей вероятностью выполнять структурную функцию. Можем предположить, что населенность альтенативного положения А будет больше, чем населенность альтернативного положения В. Однако данные из PDB файла подтверждают говорят, что населенность альтернативных положений А и В составляют 0.5). Это может означать, что рассмотренные нами взаимодействия на самом деле почти не несут стабилизирующей функции, или же, наоборот, вклады обоих взаимодействий равны между собой.

Рисунок 1. Альтернативные положения А и В остатка ARG35 в цепи D белка с PDB ID 6B0D. Альтернативное положение A покрашено фиолетовым, В - желтым.

Рисунок 2.Желтым пунктиром отмечены возможные солевые мостики, которые могут стабилизировать различные альтернативные положение остатка ARG35. В случае альтернативного положения A - это соляной мостик с остатком ASP131 цепи D, в случае альтернативного положения B - это соляной мостик с GLU31 цепи D.

На рисунке 3 изображены три альтернативных положения остатка GLU31.
Рисунок 3. Альтернативное положение А покрашено оранжевым , В - желтым, С - фиолетовым.

Альтернативное положение С стабилизировано соляным мостиком с ARG35, о котором уже было упомянуто выше. Альтернативные положения А и В, по-видимому, не вступают в какие-либо взаимодействия.

Можно предположить, что альтернативное положение В остатка ARG35 скорее будет существовать в комплекте с альтернативным положением С остатка GLU31, чтобы имел место обнаруженный нами соляной мостик. Но, как уже было упомянуто, это взаимодействие вряд ли несет структурную функцию. Так как альт-локи А и В остатка GLU31 не вступают ни в какие взаимодействия, а соляной мостик альт-лока С с аргинином ARG35 не играет существенной роли, то, кажется, вероятность каждого из альтернативных положений остатка GLU31 должна быть одинакова и составлять 0.33. Данные PDB-файла говорят нам, что альт-лок A имеет населенность 0.4, альт-локи B и C имеют населенность 0.3 - то есть, наше предположение не полностью совпало с данными по населенности (скорее всего, альтернативное положение А имеет наибольшую населенность по сравнению с двумя другими альтернативными положениями именно потому, что располагается в центре).
Кажется, что каждое из сочетаний альтернативных положений данных аминокислот возможно.
Задание 2.B-фактор.
В данном задании требовалось покрасить остов белка а зависимости от значения B-фактора (где синий цвет соответствует низким значениям B-фактора, а красный - высоким). На рисунке 4 видно, что участки с высоким значением B-фактора (красного цвета) располагаются на периферии молекулы. Исходя из этого можем предположить, что величина B-фактора может означать, насколько велико может быть смещение реального положения атома от указанного в файле (как мы помним, атомы на периферии молекулы являются более подвижными и потому более трудными для анализа).
Рисунок 4.
Теперь красим по значению B-фактора весь белок,а не только остов. Находим аминокислотный остаток, который заметно краснеет к краю. Это ASN13.

Рисунок 5.
Высокие значения B-фактора ближе к периферии радикала данного остатка могут говорить о том, что при отдалении от остова белка увеличивается подвижность молекулы, и потому определение положения в пространстве становится для данных атомов более трудной задачей (по сравнению с атомами, располагающимися внутри белковой глобулы).
Рассмотрим электронную плотность данного остатка.

Рисунок 6.Электронная плотность остатка ASN13. Уровень подрезки 1, carve = 1.5.

Рисунок 7.Электронная плотность остатка ASN13. Уровень подрезки 2, carve = 3.

Рисунок 8.Электронная плотность остатка ASN13. Уровень подрезки 3, carve = 2.
Как можно видеть, на уровне подрезки 1 электронная плотность покрывает не весь радикал аминокислоты (не покрыты наиболее красные области). При увеличении уровня подрезки до 2 электронная плотность уже пропадает со всей аминокислоты. На уровне подрезки 3 электронная плотность не наблюдается в выбраном ракурсе. При этом синие области (с низким В-фактором) на уровне подрезки 2 продолжают быть покрыты электронной плотностью (однако на уровне подрезки 3 электронной плотностью покрыты только отдельные участки белка).
Продемонстрируем это на более обширном участке молекулы:


Рисунок 9. Электронная плотность участка белка, уровень подрезки 1, carve = 2.

Рисунок 10. Электронная плотность участка белка, уровень подрезки 2, carve = 1.5.

Рисунок 11. Электронная плотность участка белка, уровень подрезки 3, carve = 1.5.
Задание 3. Соседи.
В данном задании требовалось сгенерировать соседей нашего белка и получить изображение, которое отображает "кристалличность" расположения данных белков относительно друг друга.


Рисунок 12.Изображение поверхности белка 6B0D .

Рисунок 13. Изображение белка со сгенерированными соседями.
Далее были отобраны только соседи, имеющие непосредственный контакт с изначальным белком (покрашен ярко-розовым в центре). Число контактирующих соседей - 10.

Рисунок 14. Изображение белка с контактирующими соседями.


©Кондратенко Наталья, 2020