Анализ ЯМР файла

В этом практикуме я сравнивала структуры Cu,Zn-супероксиддисмутазы человека, полученные методами ЯМР (1BA9, рисунок 1) и РСА (1PU0). В ЯМР-структуре содержится 36 моделей (по какой-то причине 6 из них полностью совпадают, поэтому я работала только с 30 моделями). Разрешение РСА-модели - 1.7 Å.
Выбранные структуры похожи, их укладка практически совпадает за исключением положения петель (рисунок 2).

Рисунок 1. ЯМР-структура 1BA9 с разных сторон. Изображены все модели.

Рисунок 2. Структура Cu,Zn-СОД, расшифрованная методом РСА (1PU0, слева) или ЯМР (1BA9, справа).

Для сравнения этих структур было выбрано несколько аминокислотных остатков, между которыми образуются водородные связи.
На рисунке 3 представлены выбранные контакты:

между остовными атомами внутри глобулы белка (Leu117 и Gly147)
между остовными атомами в петле (Glu24 и Gly27)
между радикалами аминокислот внутри глобулы белка (Gln22 и Ser105)

Стоит отметить, что найти водородные связи между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы оказалось достаточно сложно, поэтому выбранные остатки расположены не в самой глобуле, а ближе к ее поверхности.

Рисунок 3a. Водородные связи между остовными атомами внутри глобулы белка. Участвующие в контакте аминокислотные остатки - Leu117 и Gly147. Между ними образуются две водородные связи длиной 2.9 и 3.1 Å (слева). Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано справа.

Рисунок 3b. Водородные связи между остовными атомами в петле. Участвующие в контакте аминокислотные остатки - Glu24 и Gly27 (длина связи 2.8 Å). Также изображена водородная связь между остовным атомом N и атомом O боковой цепи в остатке Asn26 (длина связи 2.8 Å). Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано справа.

Рисунок 3c. Водородные связи между боковыми цепями аминокислот внутри глобулы белка. Участвующие в контакте аминокислотные остатки - Gln22 и Ser105. Между ними образуются две водородные связи длиной 3.4 и 3.1 Å (слева). Положение остатков (отмечены красным) в структуре белка показано справа.

Затем взаимодействия между выбранными остатками были проанализированы в ЯМР-структуре. Для каждой из 30 моделей оценивалось расстояние между соотвествующими атомами данных остатков, которые участвуют в формировании водородной связи. В таблице 1 представлены полученные результаты. Для каждого взаимодействия оценивался процент моделей ЯМР, в которых присутствует водородная связь (третий столбец, %), а также минимальное, максимальное и среднее расстояния между атомами (d_min, d_max и d_mean, соответственно). Были рассмотрены все связи, образующиеся между выбранными остатками (всего 6 штук).
Считалось, что водородная связь образуется, если между взаимодействующими атомами расстояние меньше, чем 3.5 Å. В каждом случае указывалась максимальная и средняя длина водородной связи (до 3.5 Å), а также макисмальное и среднее расстояние между атомами (указано в скобках).

Таблица 1.
Контакт	РСА	ЯМР
Контакт	d (Å)	%	d_min (Å)	d_max (Å)	d_mean (Å)
Leu117 (N) - Gly147 (O)	2.9	100	2.72	2.95	2.79
Leu117 (O) - Gly147 (N)	3.1	96.7	2.75	3.44 (4.4)	2.95
Glu24 (O) - Gly27 (N)	2.8	20	2.76	3.40 (4.97)	2.9 (3.96)
Asn26 (OD1) - Asn26 (N)	2.8	33.3	3.11	3.35 (4.73)	3.24 (3.85)
Gln22 (OE1) - Ser105 (OG)	3.4	10	2.73	3.48 (7.42)	3.14 (4.56)
Gln22 (NE2) - Ser105 (OG)	3.1	63.3	2.71	3.31 (5.47)	2.87 (3.41)

Во-первых, по таблице 1 можно заметить, что водородные связи между атомами в остове белка внутри глобулы (Leu117-Gly147, 2 первые строки) достаточно стабильны и встречаются практически в 100% ЯМР-моделей. Это означает, что расшифровка структуры методами ЯМР и РСА достаточно точная, а остатки внутри глобулы не обладают высокой подвижностью. При этом средняя длина водородной связи в ЯМР-структуре была ниже, чем в РСА. Возможно, это свзяано с тем, что структуры все же немного разные и получены по разным данным.
Если рассмотреть водородные связи между боковыми цепями в глобуле белка, то они оказываются не настолько стабильными. В частности, связь между атомом N в радикале Gln22 и атомом O в радикале Ser105 (последняя строка таблицы) присутствует только в 63% ЯМР-моделей, а связь Ser105 с атомом O глутамина - только в 10% структур. Это может быть связано с большей подвижностью боковых цепей аминокислот по сравнению с остовом белковой цепи, особенно если учесть, что контакт Ser105-Gln22 расположен не в глубине глобулы, а ближе к ее поверхности, у основания достаточно подвижных петель. С другой стороны, возможно, связь между атомами кислорода сама по себе не очень сильная и стабильная, и даже в РСА-структуре эти атомы расположены на относительно большом расстоянии (3.4 Å), поэтому эта связь присутствует только в 10% ЯМР-моделей.
Наконец, водородные связи между аминокислотными остатками в петле наименее стабильны, так как петли очень подвижны (3 и 4 строки таблицы). Исследуемые связи присутствуют только в 20-30% ЯМР-моделей.