Сравнние водородных связей в структурах белка, расшифрованных с помощью РСА и ЯМР

В данной работе нам предлагалось выбрать белок, структура которого была расшифрована методами РСА и ЯМР.
Был выбран Phl p 2 - аллерген из растительной пыльцы. Это маленький белок, который имеет только несколько бета-листов.

ЯМР

Данный белок имеет расшифрованную с помощью ЯМР структуру (PDB ID: 1BMW).
Число моделей: 38;
Год релиза 1999.

РСА

Данный белок также имеет расшифрованную с помощью РСА структуру (PDB ID: 1WHO).
Разрешение: 1.9 ангстрем;
Год релиза 1997.

Сравнение структур

В целом, структуры, показанные на рисунке 1, выглядят похоже.
После выравнивания в Pymol [cealign 1who, 1bmw] становится заметно различие структур в свободных концевых областях и в относительно крупном неструктурированном участке.

Были выбраны 3 различные водородные связи:
Остовная связь в ядре белка, в бета-листе (выбрана связь THR`7- LEU`20)
Связь боковых цепей в ядре белка (так как связей между боковми цепями в структуре РСА не было, а в структуре ЯМР таких связей не было в ядре, я взял водородную связь между GLU`14 - ASN`13 из модели 1 ЯМР)
Связь в петлях, выходящих на поверхность глобулы (была выбрана связь SER`12 - GLU`9, как мне кажется, обеспечивающая стабилизацию поворота)

Рисунок 2.1. Водородная связь LEU`20 - THR`7 в структуре, полученной из РСА эксперимента. Показаны две водородные связи между остатками 7 и 20. Подписаны номера остатков. Было решено подробнее изучить связь, в которой остаток 20 выступает в качестве донора водородной связи (слева), поскольку связь 7-20 (справа) расположена на краю бета-листа и может быть менее стабильна.

Рисунок 2.2. Водородная связь LEU`20 - THR`7 в структуре, полученной из ЯМР эксперимента. Модель 1. Между остатками 7 и 20 сохранлась только одна водородная связь.

Рисунок 3.1. Водородная связь SER`12 - GLU`9 в структуре, полученной из РСА эксперимента. Подписаны номера остатков.

Рисунок 3.2. Водородная связь SER`12 - GLU`9 в структуре, полученной из ЯМР эксперимента. Модель 1.

Рисунок 3.3. Альтернативная водородная связь GLY`11 - GLU`9 в структуре, полученной из ЯМР эксперимента. Модель 12.

Рисунок 4. Водородная связь GLU`14 - ASN`13 в структуре, полученной из ЯМР эксперимента. Модель 1.

В таблице 1 представлены характеристики указанных взаимодействий. Расстояния везде измерялись между донором и акцептором водородной связи.

Таблица 1. Сравнение параметров водородных связей.

Водородная связь (донор-акцептор)	Место расположения связи	РСА - длина связи (Å)	ЯМР - длина связи (Å) min	ЯМР - длина связи (Å) med	ЯМР - длина связи (Å) max	ЯМР - "поддержка" (%)	Ссылка на рисунок
LEU`20 - THR`7	в бета-листе	2.87	2.53	2.55	3.22	0.75	2.1, 2.2
SER`12 - GLU`9	петли, выходящие на поверхность глобулы	3.16	2.94	3.03	3.39	0.2	3.1, 3.2
GLY`11 - GLU`9	петли, выходящие на поверхность глобулы	-	2.58	2.83	2.97	0.2	3.3
GLU`14 - ASN`13	cвязь боковых цепей	-	2.53	2.74	2.93	0.25	4

Все результаты измерений для воспроизводимости результатов содержатся в таблице. В расчет брались 20 первых моделей ЯМР.

Общий вывод

Из анализа полученных данных можно заключить, что наилучшее совпадение между структурами, полученными методами РСА и ЯМР, достигается в бета-листе. Измеренный максимум поддержки водородной связи в структуре ЯМР вне бета-листа - 25%. При этом данная связь не наблюдалась в структуре РСА. В целом, структуры по остовным водородным связям совпадают, а по связям вне бета-листов совпадают плохо. Думаю, что объект для сравнения был выбран не совсем удачно. Лучше было бы выбрать более крупный белок, в котором можно было бы лучше сравнить водородные связи между боковыми цепями в ядре белка.
Значения длин водородных связей в моделях ЯМР, в среднем, меньше, чем в моделях РСА, что может быть связано с большей нативностью полученных моделей по сравнению с кристаллизованной белковой молекулой. Также в ЯМР количество водородных связей между моделями и по сравнению с РСА структурой разнится по причине подвижности белковых петель.

1. PDB: 1BMW
2. PDB: 1WHO