Задание 1.
Для выполнения данного задания были взяты две структуры белка трихобакина (растительного токсина, инактивирующего рибосомы)
, полученные с помощью разных методов (ЯМР и РСА). PDB ID структуры,
полученной методом РСА: 6Z1Y. Разрешение: 2 А.
PDB ID структуры, полученной методом ЯМР: 6YTS. Число полученных с помощью ЯМР моделей: 200. Число добавленных в PDB моделей: 20
(были добавлены структуры с наименьшей энергией).
Рисунок 1.Совмещенные модели, полученные с помощью методов РСА (розовым) и ЯМР (голубым).
Для структуры, полученной методом РСА, характерно наличие несвязанных молекул (воды и ионов Na+). Для структуры, полученной
методом ЯМР такого не наблюдается, так как в эксперименте используют тяжелую дейтерированную воду, которая не даёт сигнала.
Рисунок 2. Наложение структуры, полученной методом РСА на ансамбль структур, полученных методом ЯМР.
На изображении видно, что альфа-спирали и бета-листы хорошо накладываются друг на друга. Это можно объяснить тем, что данные
структуры обладают меньшей подвижностью, по сравнению с, например, C и N-концами или петлями, которые имеют более заметные
несоответствия в положении в пространстве. Это связано с тем, что при использовании ЯМР возникает ансамбль
близких по энергии возможных структур. Также можно заметить различие:
элемент слева внизу, обозначенный в РСА-структуре как кусок альфа-спирали, в ЯМР структуре обозначен просто петлей. Рисунок 3. Аминокислотный остаток PRO42 с несовпадающим положением в пространстве у структур РСА и ЯМР. На микро-уровне можно сразу заметить одно большое отличие: в структурах ЯМР присутствуют водороды (в РСА-структуре они отсутствуют).
Также среди отличий надо указать несовпадение расположения в пространстве некоторых остатков, например PRO42, изображенного на рисунке
выше. Рисунок 4.В РСА-структуре присутствует MET0, который отсуствует в ЯМР-структуре. Рисунок 5.В РСА-структуре не полностью вписано положение LYS173 (часть радикала аминокислотного остатка отсутствует.
Задание 2.
RMSF является мерой подвижности отдельных элементов в структуре ЯМР. Если ансамбль представляет собой эволюцию системы во времени,
по значениям RMSF атомов даже можно вычислить В-факторы атомов. В данном задании требовалось, взяв за для сравнения значения В-факторов
из РСА-структуры, оценить, насколько ансамбль структур ЯМР является отражением изменений структуры во времени.
Рисунок 6. График зависимости значений RMSF и B-факторов.
На графике видно, что меньшим значениям RMSF обычно соответствуют меньшие значения В-фактора, но также можно заметить атомы с низким
В-фактором и высоким RMSF и наоборот.
Задание 3.
В данном задании требовалось выбрать 3 водородные связи в структуре, полученной методом РСА, определить их параметры и сравнить
их с параметрами тех же связей в структурах, полученных методом ЯМР.
Номера остатков, образующих водородную связь
Расстояние в РСА-модели
% ЯМР-моделей, содержащих водородную связь
Минимальное расстояние в ЯМР-моделях
Максимальное расстояние в ЯМР-моделях
Медианное расстояние в ЯМР-моделях
PHE4 и HIS51
2.9 А
100
2.7 А
2.9 А
2.8
SER61 и ARG75
3.2 A
0
5.1 A
6.3 A
5.85
ASP78 и ARG101
3.1 А
100
3.1 A
3.2 A
3.1
Таблица 1. Характеристики водородных связей.
Рисунок 7. Изображение водородной связи между атомами остова аминокислотнах остатков PHE4 и HIS51. Рисунок 8.Изображение водородной связи между атомами радикалов аминокислотных остатков SER61 и ARG75. Рисунок 9.Изображение водородной связи между атомами аминокислотных остатков ASP78 и ARG101.
Из-за различий в положении некоторых аминокислот, водородные связи, существование которых можно предположить исходя из структуры, полученной
методом РСА, оказывается невозможным в структурах, полученных методом ЯМР. Также обнаруживаются некоторые различия в расстояниях между
атомами в водородных связях, если они присутствуют в обеих структурах.
3 случая - это довольно скромная выборка, но на ней можно заметить, что водородные связи между атомами остова присутствуют и в ЯМР-структурах
и в РСА-структурах. Это, скорее всего, связано с тем, что атомы остова имеют, по сравнения с радикалами аминокислот, меньшую подвижность
в пространстве и более "постоянны", в то время как водородные связи между атомами радикалов - вещь, зависящая от взаимного расположения
радикалов в пространстве (а, как мы помним, В-фактора аминокислот увеличивается при удалении от остова, а значит увеличивается и подвижность
атомов). При финальном отборе структур, в наш набор могла просто не попасть та структура, в которой 2 радикала аминокислот располагаются
благоприятным образом для образования водородной связи.
