Задание 1.ProDy и B-факторы, часть 1.
В данном задание нужно было, с использованием пакета ProDy, найти остатки с наименьшим и наибольшим В-фактором, а также показать разброс
В-факторов в атомах данных остатков.
Остаток с наибольшим средним B-фактором - ALA11 (цепь E). Среднее значение его В-фактора равено 69.012.
| Атом | Значение В-фактора |
| N | 66.53 |
| CA | 67.54 |
| C | 66.91 |
| O | 77.76 |
| CB | 66.32 |
Остаток с наименьшим В-фактором - ASN130 (цепь B). Среднее значение его B-фактора равно 8.2375.
| Атом | Значение В-фактора |
| N | 8.18 |
| CA | 7.86 |
| C | 8.21 |
| O | 10.23 |
| CB | 8.06 |
| CG | 7.3 |
| OD1 | 8.19 |
| ND2 | 7.87 |
Рисунок 1. Изображение остатков с наименьшим и наибольшим В-фактором в контексте структуры белка.
Как видно на изображении, остаток ALA11 является С терминальным.Наибольшее значение В-фактора имеет атом О (77.76),
являющийся самым крайним атомом.
Остаток ASN130 входит в состав альфа-спирали.Наибольшее значение В-фактора имеет атом О.Наименьшее значение - атом CG.
При ближайшем рассмотрении
видим, что остаток ASN130 находится на расстоянии 4.3 A от остатка ARG133 и на расстоянии 3.3 А от остатка ASP20. Можно было бы предположить
существования между остатками ASN130 и ARG133 соленого мостика, но длина солевого мостика не должна превышать 4 А. Образование водородной связи
между остатками ASN130 и ASP20 невозможно из-за взаимного расположения групп (водороды находятся не в одной плоскости).Так что, по всей видимости,
низкое значение В-фактора данного остатка объясняет его вхождением в альфа-спираль.
Рисунок 2. Остаток ALA11 и его окружение. |
Рисунок 3. Остаток ASN130 и его окружение (молекулы воды находятся относительно
остатка таким образом, что образование водородной связи кажется маловероятным). |
Задание 2.ProDy и B-факторы, часть 2.
В данном задании необходимо было, с ипользованием пакета ProDy, построить график зависимости В-фактора от расстояния до центра белка.
Рисунок 4. График зависимости В-фактора от расстояния до центра белка
Как видно из графика, с увеличением расстояния от центра белка(примерно от 25 А) увеличивается вероятность встретиться остаток с большим значением В-фактора.
Это, как уже обсуждалось в практикуме 2, связано с увеличением подвижности участков белка при удалении от центра.
Задание 3.Восстановление функции электронной плотности по экспериментальным данным.
В данном задании нужно было восстановить электронную плотность по экпериментальным данным и оценить, как на качество электронной плотности
влиют амплитудный шум, фазовый шум и как качество зависит от набора гармоник.
Сначала была создана искусственная модель электронной плотности, состоящая из 6 атомов (с числом электронов 2,7, 8, 13 и 30).
Рисунок 5. Модель электронной плотности.
| набор гармоник |
разрешение (а) |
полнота данных (%) |
шум амплитуды (% от величины f) |
шум фазы(% от величины phi) |
качество восстановления |
комментарии |
| полный набор гармоник без шума |
| 0-5 |
6 |
100 |
0 |
0 |
плохое |
Можно определить только приблизительный размер молекулы. |
| 0-10 |
3 |
100 |
0 |
0 |
среднее |
Можно определить два пика и приблизительное расстояние между ними. |
| 0-15 |
2 |
100 |
0 |
0 |
хорошее |
Можно определить положение всех максимумов, если известно число атомов, хотя некоторые максимумы не отличимы от шума. |
| 0-25 |
1.2 |
100 |
0 |
0 |
хорошее |
Аналогично предыдущему, но максимумы уже лучше отличимы от шума. |
| 0-35 |
0.86 |
100 |
0 |
0 |
отличное |
|
| 0-50 |
0.6 |
100 |
0 |
0 |
отличное |
Можно определить положение всех максимумов. |
| полный набор гармоник с шумом |
| 0-25 |
1.2 |
100 |
0 |
20 |
среднее |
Можно определить положение всех максимумов. |
| 0-35 |
0.86 |
100 |
0 |
20 |
среднее |
Увеличенный уровень шума по сравнению с набором гармоник без фазовых помех. |
| 0-25 |
1.2 |
100 |
20 |
0 |
хорошее |
Увеличенный уровень шума по сравнению с набором гармоник без фазовых помех.Начинают расплываться промежутки между пиками. |
| 0-35 |
0.86 |
100 |
20 |
0 |
хорошее |
Увеличенный уровень шума по сравнению с набором гармоник без фазовых помех.Начинают расплываться промежутки между пиками. |
| 0-25 |
1.2 |
100 |
20 |
20 |
среднее |
Увеличенный уровень шума по сравнению с набором гармоник без фазовых помех.Начинают расплываться промежутки между пиками. |
| 0-35 |
0.86 |
100 |
20 |
20 |
среднее |
Увеличенный уровень шума по сравнению с набором гармоник без фазовых помех.Начинают расплываться промежутки между пиками. |
| неполный набор гармоник |
| 3-50 |
0.6 |
96 |
0 |
0 |
отличное |
Пики находятся на синусоиде, а не на прямой. |
| 0-20,25-50 |
0.6 |
92 |
0 |
0 |
среднее |
Появляются пики, которые препятствуют распознаванию легких атомов. |
| 0-50, 60 |
0.6 |
100 |
0 |
0 |
отличное |
Нет принципиальных отличий от набора гармоник 0-50. |
Таблица 1. Восстановление функции по коэффициентам ряда Фурье.
Примечание:Полнота и разрешение для неполного набора гармоник считались:
а) случае набора гармоник 3-50 у нас присутствуют 48
из 50 (гармонику номер 0 не считаем, так как она, по сути, константа). Следовательно, полнота данных - 96 %.Разрешение (30/50)А = 0.6 А.
б) в случае набора гармоник 0-20, 25-50 у нас присутствуют 46 гармоник из 50 (опять же не считаем нулевую гармонику). Полнота данных - 92%.Разрешение (30/50)А = 0.6 А.
в)в случае набора гармоник 0-50, 60 если мы возьмем разрешение 60-той гармоники, то при разрешении 0.5А полнота данных будет составлять
85% (так как у нас присутствуют 51 гармоники из 60). Наверное, лучше будет взять разрешение 50-той гармоники, тогда разрешение
будет составлять 0.6 А при полноте данных 100%.
Рисунок 6. Гармоники 0-5 |
Рисунок 7. Гармоники 0-10 |
Рисунок 8. Гармоники 0-15 |
Рисунок 9. Гармоники 0-25 |
Рисунок 10. Гармоники 0-35 |
Рисунок 11. Гармоники 0-50 |
Рисунок 12. Гармоники 0-25, фазовый шум 20% |
Рисунок 13. Гармоники 0-35, фазовый шум 20% |
Рисунок 14. Гармоники 0-25, амплитудный шум 20% |
Рисунок 15. Гармоники 0-35, амплитудный шум 20% |
Рисунок 16. Гармоники 0-25, фазовый шум 20%, амплитудный шум 20% |
Рисунок 17. Гармоники 0-35, фазовый шум 20%, амплитудный шум 20% |
 Рисунок 18. Гармоники 3-50 |
 Рисунок 19. Гармоники 1-20, 25-50 |
 Рисунок 20. Гармоники 0-50, 60 |
|
Общие выводы
При увеличении числа гармоник Фурье функция электронной плотности приближается к своему первозданному виду.
Фазовый шум больше препятствует распознаванию пиков, чем амплитудный шум.
Удаление первых нескольких гармоник не вносит существенного вклада в изображение функции ЭП.
Удаление нескольких гармоник из середины приводит к увеличению уровня шума и препятствует распознаванию пиков, соответствующих легким атомам.
Добавление гармоники с номером, превышающим номер последней гармоники на 10, не оказывает изменений на изображение функции ЭП.