Выбор структуры
Для работы была выбрана структура фермента 4-оксалокротонат таутомеразы из бактерии Methylibium petroleiphilum PM1 (PDB ID: 4FAZ Разрешение: 1.57 Å Длина цепи: 62).
 |
 |
 |
|
 |
Этот фермент необычен тем, что его мономер длиной всего 62 аминокислотных остатка является самым маленьким среди всех известных ферментов.
Выбранная структура удовлетворяет следующим требованиям:
- 1. Информация о структуре содержится в сервере EDS. Это равносильно тому, что в PDB, помимо модели структуры, помещены экспериментальные данные - файл структурных факторов(Structure factors).
- 2. Имеются подходящие структурные гомологи белка. Это было проверено с помощью сервера PDBeFold. Всего было найдено 208 совпадений. Если ограничиться параметрами 0.8Å ≤ RMSD ≤ 3.0Å и 31 ≤ N_align≤ 55, то остается 14 разных структур.
Изображение электронной плотности вокруг полипептидной цепи
Очевидно, что для визуализации электроной плотности не достаточно иметь лишь координат атомов белка. Поэтому, во-первых, с сервера EDS был загружен файл с картой электронной плотности для 4FAZ. Во-вторых, собственно для самой визуализации структуры и электронной плотности белка была использована программа PyMOL.
Итак, с помощью карты электронной плотности можно оценивать качество модели пространственной структуры, представленной в PDB файле. С целью, чтобы эта оценка была более качественной, были использованы три уровня подрезки (1.0σ, 1.5σ и 2.0σ) изоповерхности электронной плотности, который означает превышение сигнала над шумом и измерется статистически - в терминах среднеквадратических отклонений. Также существует параметр carve. Этот параметр нужен для того, чтобы отсекать сигнал от соседних атомов. Он представляет собой ни что иное, как расстояние от выбранного множества атомов, в пределах которого будет учитываться электронная плотность. Значение этого параметра в данной работе всегда будет составлять 2.0Å.
Рисунок 2.
Электронная плотность вокруг полипептидной цепи мономера 4-ОТ при разных уровнях подрезки (1.0σ, 1.5σ и 2.0σ).
Синим выделена полипептидная цепь (без боковых цепей аминокислот). Красным - электронная плотность при разных уровнх подрезки.
На рисунке видно, что электроннная плотность в целом хорошо соответствует модели. Однако для всех уровней подрезки в C-конце полипептидной цепи электронная плотность пропадает.
Изображения электронных плотностей для аминокислотных остатков, входящих в активный центр 4-ОТ: Pro1, Arg39, Trp50
На самом деле, в активный центра фермента 4-ОТ входит 6 аминокислотных остатков от одного мономера. Вообще, фермент представляет собой гомогесамер и имеет три активных центра, расположенных между мономерами.
Ниже на изображениях показана электронная плотность вокруг аминокислотных остатков пролина (Pro1); аргинина (Arg39) и триптофана (Trp50) для трех уровней подрезки: 1.0σ, 1.5σ и 2.0σ (рис.3-5):
Pro1
Рисунок 3. Электронная плотность вокруг Pro1.
Стержневая модель.
Arg39
Рисунок 4. Электронная плотность вокруг Arg39.
Стержневая модель.
На приведённых изображениях (рис.3 и рис.4) по паттерну электронной плотности видно положение боковых групп аминокислот, однако наблюдаются и случаи несоответствия со структурой. Например, электронная плотность бензольного колца, входящего в состав индола боковой цепи триптофана даже при уровне подрезки в 0.2σ восстанавливается не полностью (рис.5):
Trp50
Рисунок 5. Электронная плотность вокруг Trp50.
Стержневая модель.
Заключение
На основании визуализации электронной плотности вокруг полипептидной цепи (рис. 2) и отдельных аминокислотных остатков (рис. 3,4,5) можно заключить следующее: разрешение структуры 4FAZ не является достаточным для того, чтобы наблюдать отдельные атомы на изображении карты электронной плотности, однако по этой карте виден ход полипептидной цепи и угадывается положение боковых групп аминокислот.