Практикум 2. Электронная плотность
Задание 1. ЭП: хорошая и плохая расшифровки
В этом задании рассмотрены две структуры комплекса фермент-субстрат пиридоксин-5'-фосфатсинтазы из Escherichia coli с идентификаторами PDB: 1IXN и 1HO4.
Для визуализации различий между структурами использовался инструмент align в PyMOL для структур без молекул воды (они создавали лишний визуальный шум). В результате структурного выравнивания было замечено, что обе молекулы практически идеально накладываются друг на друга. Ход остова двух структур различается слабо, несоответствия есть только в выступающих петлях (рис.1).
Для сравнения качества электронной плотности использовалась концевая альфа-спираль в цепи B. Параметр carve выбран равным 2 (рис.2a и рис.2b).
Для обеих структур покрытие электронной плотность одинаковое и хорошо отражает положение всех атомов остова. Из этого был сделан вывод, что разрешение должно быть на одинаковом уровне. Это согласуется с данными из PDB, 1IXN имеет разрешение 2.30 Å (2003 год), а 1HO4 - 2.30 Å (2001 год).
Задание 2. ЭП и положение в структуре
В этом задании использовалась структура лиганд-связывающего домена GluK3 каинатного рецептора в комплексе с (S)-1-[2'-Амино-2'-карбоксиэтил]-6-метил-5,7-дигидропирроло[3,4-d]пиримидин-2,4(1H,3H)-дионом из Rattus norvegicus с разрешением 2.4A c идентификатором PDB 6F28.
Были рассмотрены электронные плотности вокруг остова с уровнями подрезки 1, 2 и 3 при параметре carve=2 (Рис. 2)
На уровне подрезки 1 остов полностью покрыт электронной плотностью (рис.3a).
На уровне подрезки 2 остов хуже покрывается электронной плотностью, особенно перифирические участки структуры (рис.3b).
На уровне подрезки 3 электронная плотность видна только у некоторых атомов (рис.3c). Она исчезает не только на переферии, но и в центральной части белка - месте связывания лиганда.
Этот эффект можно интерпретировать следующим образом: в центральной части белка плотность расположения атомов выше и их позиции практически не изменяются. Это позволяет им поддерживать равновесие электронной плотности во время формирования вторичной и третичной структур. Так же атомы, вовлеченные в связывание лиганда, демонстрируют повышенную мобильность. Их движение способствует динамическим изменениям в структуре, что потенциально влияет на взаимодействия с лигандом и общую устойчивость молекулы.
Задание 3. ЭП и типы атомов
В записи 6F28 содержатся 2 одинаковых лиганда CG8. Были рассмотрены электронные плотности вокруг одного из лигандов CG8 с уровнями подрезки 1, 2 и 3 при параметре carve=2 (Рис. 2)
Для второго индентичного лиганда результаты были абсолютно такие же, поэтому они не представлены как избыточные.
На уровне подрезки 1 все атомы лиганда полностью покрыты электронной плотностью (рис.4a).
На уровне подрезки 2 остаются покрытами все атомы, кроме двух атомов углерода (рис.34b).
На уровне подрезки 3 электронная плотность хорошо сохраняется вокруг бензольного кольца и сильно электроотрицательного хвоста кислоты (рис.4c).
Электроотрицательные атомы и ароматические системы обладают высокой электронной плотностью благодаря способности притягивать электроны. Электроотрицательные атомы (например, азот и кислород) поляризуют электронную плотность, создавая области частичного отрицательного заряда. Ароматические системы имеют делокализованные π-электронные облака, увеличивающие общую электронную плотность. Комбинация высокой электроотрицательности и резонансных эффектов в ароматических соединениях приводит к постоянной высокой электронной плотности. Высокая электронная плотность усиливает стабильность молекулярных структур и значительно увеличивает их эффективность в рассеянии рентгеновских лучей. Это явление особенно важно в методах, таких как рентгеноструктурный анализ, где интенсивность рассеяния напрямую связана с электронной плотностью в молекулярной структуре.