Практикум 1

Задание 1

Мне были даны два PDB ID, 3K34 и 6Q9T, принадлежащие одному белку — человеческой карбангидразе. Карбангидраза — это фермент, катализирующий гидратацию углекислого газа и его превращение в угольную кислоту, а также обратную реакцию. Нестабильная угольная кислота позже разлагается на бикарбонат-ион и протон.

Таким образом, этот фермент регулирует pH крови, закисление крови же снижает связывание кислорода гемоглобином.

На рис. 1 и 2 можно видеть исследуемые структуры, в которых из кофакторов я оставила только ионы цинка. Видно, что в общих чертах структуры похожи. В структуре 6Q9T отсутствует петля (рис. 1, правый верхний угол), причем там нет именно соответствующих аминокислотных остатков (цепь обрывается и возобновляется). У обеих исследуемых структур не разрешена структура для их N-конца, но у 3K34 не хватает двух первых остатков, а у 6Q9T — первых 10. Это можно видеть в правых нижних углах обоих изображений.

Это не единственное, чем отличаются две структуры. На выравнивании на рис. 3 видно, что в структуре 6Q9T цепь внутри β-листа разворачивается на 180° (так вообще может быть?...). В структуре 3K34 этот учаток просто «выпетливается» из β-листа.

Давайте посмотрим на этот участок внимательнее, сначала на совпадение предсказанных структур, после и на электронную плотность.

На рис. 4 можно видеть, что полученные структуры в общих чертах совпадают, «на глаз» практически все углы совпадают, только гистидин повернут немного по-другому.

Еще одно отличие этих структур — отсутствие четырех атомов у лизина в 6Q9T.

**Рис. 4.** Выравнивание двух структур, подозрительный β-лист.

Посмотрим на электронную плотность остовов этих структур в том же фрагменте. На рис. 5 и 6 можно видеть электронные плотности для структур 3K34 и 6Q9T с уровнем подрезки 2 и carve=1.5.

**Рис. 5.** Структура 3K34, подозрительный β-лист, уровень подрезки 2.0.

**Рис. 6.** Структкра 6Q9T, подозрительный β-лист, уровень подрезки 2.0.

Видно, что разрешение электронной плотности у двух структур сильно разное. На том же уровне подрезки для структуры 3K34 практически все атомы выглядят как шарики Электронная плотность 6Q9T лежит вокруг остова, но разделение на атомы в ней только угадывается.

В общем, мы увидели, что структура 6Q9T сильно хуже, чем 3K34. Сравним с данными из PDB (табл. 1).

Табл. 1. Качество структур 3K34 и 6Q9T по данным PDB.
Признак	3K34	6Q9T
Разрешение, Å	0,9	2,68
R-value (free, depositor)	0,16	0,26
Clashscore	14	5
Ramachandran outliers	0	0
Sidechain outliers	4,5%	0
RSRZ outliers	2,3%	1,3%

Видим, что у 3K34 действительно выше разрешение. Также у него меньше R-value (free), рассчитанный depositor. По каким-то причинам рассчитанное DCC R-value не приведено. К сожалению, у этой структуры есть недостатки — относительно высокий clashscore и более высокие значения sidechain & RSRZ outliers.

Задание 2

Мне был дан PDB ID 2PIU, принадлежащий лиганд-связывающему домену человеческого андрогенного рецептора. На рис. 7 можно видеть структуру остова этого белка, а также электронная плотность, вычисленная с carve=1.5 и уровнями подрезки 1, 2 и 3.

Рис. 7. Структура остова белка 2PIU и его электронная плотность, уровни подрезки 1.0, 2.0 и 3.0. При наведении картинки увеличиваются.

Можно видеть, как с увеличением уровня подрезки электронная плотность исчезает в первую очередь с петель, выступающих из белка, а на элементах вторичной структуры (в данном случае только на α-спиралях), напротив, остается дольше всего.

Дольше всего электронная плотность остается на атомах кислорода и азота, видимо, поскольку они более электроотрицательны.

Задание 3

В этом и следующем задании я работала с PDB ID 7BE3, структурой человеческого галектина-3, белка, связывающего β-галактозиды. В этой структуре он связан с LacdiNAc — дисахаридом GalNAcβ1→4GlcNAc.

Моей задачей было изучить два альтернативных положения остатка аргинина под номером 144, показать, что их стабилизирует и сделать выводы об их стабильности.

На рис. 8 можно видеть исследуемые положения и предположительные водородные связи, которые их стабилизируют.

**Рис. 8.** Альтернативные положения ARG 144 (показан желтым) в структуре 7BE3. Белок показан розовым, его лиганд (LacdiNAc) — белым. В альтернативном положении A исследуемый остаток левее, B — правее.

Я предполагаю, что исследуемый остаток не заряжен, по крайней мере когда он находится в положении A, поскольку он находится недалеко от другого аргинина (3,9 Å). Я предполагаю, что эти два аргинина могут образовывать две водородные связи. Также я полагаю, что в положении A исследуемый остаток может образовывать водородные связи с остатком аспарагина и с лигандом (как показано на рис. 8).

В положении B же у остатка гораздо меньше опций: только лиганд и один остаток серина. Из этого я сделала вывод, что положение A должно быть стабильнее.

И действительно, заселенность у остатка в положении A равна 0,56, а в положении B — 0,44. Разница есть, хотя она и небольшая.

Задание 4

В этом задании я продолжила работать со структурой 7BE3. На рис. 9 и 10 можно видеть его остов и его структуру целиком, раскращенные в зависимости от B-фактора. Можно видеть, что обе структуры имеют более высокий B-фактор по краям. Видимо, размытая электронная плотность в данном случае означает неопределенность положения каких-либо атомов в кристалле, т. е. свободно «болтающуюся» структуру.

**Рис. 9.** Остов структуры 7BE3, раскрашенный в зависимости от B-фактора.

**Рис. 10.** Структура 7BE3, раскрашенная целиком в зависимости от B-фактора.

Посмотрим внимательнее на остаток аргинина, который высовывается из структуры белка сверху на рис. 10. Его электронная плотность показана на рис. 11 (уровень подрезки 1).

Видно, что чем выше у атома B-фактор, тем меньше на нем электронной плотности. Это происходит, видимо, потому, что с увеличением B-фактора электронная плотность размазывается, и z-score в 1 и более уже не достигается.

**Рис. 11.** Остаток аргинина на периферии структуры 7BE3.

Мы видим «пятно» электронной плотности вокруг одного из азотов на конце этого аргинина, видимо, поскольку в кристалле он протонирован и оттягивает на себя электронную плотность.