ФББ МГУ Корень Обо мне Семестры

Рентгеноструктурный анализ

Изображение и анализ электронной плотности для PDB файла

Текст задания: практикум 1.

Сокращения

ЭП - электронная плотность

Введение

Я выбрала запись PDB, удовлетворяющую требованиям. Это лакказа гриба Coriolopsis caperata, данный фермент имеет 4 координированных иона меди I, которые образуют сайты связывания субстрата трех типов: Т1, Т2 и Т3 (см рис 1). По каким-то причинам получить кристалл лакказы со всеми 4мя ионами меди сразу не получалось, поэтому был получен кристалл с 3мя ионами меди, который затем вымачивался в растворе CuCl, и из новоприсоединенных ионов меди был выбран тот, который вероятнее всего координирован не случайным образом, а в Т2 сайте (см рис 2). Лакказы относятся к классу оксидаз, они окисляют различные органические (полифенолы, естественный субстрат - клеточная стенка растений) и неорганические (ферроцианид, удобно изучать), используя в качестве акцептора электронов молукулу кислорода.

Рисунок 1. Структура активного центра лакказы [1].

Рисунок 2. 3D структуры лакказы. Слева - без атома меди в Т2-сайте, справа - со множеством присоединившихся атомов меди, среди которых стрелкой указан тот, что предположительно находится в Т2-сайте [2].

Информация о выбранном объекте

Электронная плотность

Для визуализации электронной плотности я загрузила PDB-структуру и данные об ЭП в PyMol, а затем построила ЭП вокруг остова полипептидной цепи всей молекулы белка (мономер) и вокруг трех отдельных аминокислот.

Синтаксис команды для построения ЭП "isomesh" предполагает следующие позиции:

  • isomesh - инструмент.
  • ED - имя нового объекта, являющегося визуализациией ЭП для конктерной группы атомов.
  • map - загруженный файл с данными об ЭП всей структуры.
  • 1.5 - уровень подрезки - величина Z, измеряемая в "сигмах" - статистическое превышение сигнала над шумом.
    Z рассчитывается по формуле для ячейки кристалла М: Z = (R – M)/σ, где R — значение ЭП в данной точке пространства (x,y,z) в физических единицах, σ - среднее квадратичное отклонение ЭП по ячейке кристалла, откуда получается, что Z — это значение ЭП в "сигмах" в той же точке.
    Это значение я варьировала.
  • backbone - группа атомов, вокруг которой требуется визуализировать ЭП.
  • 1.5 - буфер - величина в Å, на которую нужно расширить в каждую сторону объем наименьшего параллелепипеда (со сторонами, параллельными координатным осям), в который помещаются центры атомов заданного множества. Этот параметр не обязательно задавать.

    • "Конспект" командной строки:

     cd C:/my_directory
 load pdb4jhu.ent, pdb
 load 4jhu.ccp4, map
 hide all
 show sticks, backbone
 isomesh ED, map, 1.5, backbone, 1.5
 -----
 hide all
 show sticks, resi ..
 center resi ..
 isomesh ED1, map, 1.5, resi 257, 0.5
 isomesh ED2, map, 1.5, resi 2
 isomesh ED2, map, 1, resi 215, 1

    Визуализация ЭП вокруг остова полипептидной цепи

    Я варьировала уровень подрезки от 0.5 до 3.5 с шагом 0.5 (см рис 3.1-3.8, в подписях указан уровень подрезки), оптимальным уровнем подрезки для визуализации ЭП всей молекулы мне показалось 1.3, тк при этом атомы попадают в центр ЭП, и ЭП для атомов в разных частях полипептидной цепи не перекрываются (см рис 4).

    Рисунок 3.1 0.5 σ. Рисунок 3.2 1 σ. Рисунок 3.3 1.5 σ. Рисунок 3.4 2 σ.
    Рисунок 3.5 2.5 σ. Рисунок 3.6 3 σ. Рисунок 3.7 3.5 σ. Рисунок 3.8 100 σ.

    Рисунок 4. Изображение фрагмента остова полипептидной цепи, уровень подрезки 1.3 σ - оптимальный.

    Визуализация ЭП вокруг различных остатков

    Я выбрала для работы остатки: TRP`257, ILE`2, HIS`215. Триптофан - годрофобная, ароматическая аминокислота; изолейцин - гидрофобная алифатическая; гистидин - гидрофильная, ароматическая, заряженная. Интресно, что для изолейцина (алиф.) оптимальный уровень подрезки самый высокие, и при уровне подрезки 2 практически не искажается структура, хотя это происходит для двух других ароматических аминокислот. Для меня это странно, тк мне кажется, что вокруг ароматических аминокислот как должна быть выше электронная плотность и "подрезка" этого облака до оптимальных размеров должна быть более существенной, чем для алифатических.

    Для визуализации триптофана мне показался оптимальным буферный объем 0.5. Оптимальный уровень подрезки 1.3 или 1.5.

    Рисунок 5.1 TRP, 1 σ. Рисунок 5.2 TRP, 1.3 σ. Рисунок 5.3 TRP, 1.5 σ. Рисунок 5.4 TRP, 1.6 σ. Рисунок 5.3 TRP, 2 σ. Рисунок 5.4 TRP, 2.5 σ.

    Для визуализации изолейцина буферный объем не нужен. Оптимальный уровень подрезки 1.8.

    Рисунок 6.1 ILE, 1 σ. Рисунок 6.2 ILE, 1.5 σ. Рисунок 6.3 ILE, 1.8 σ. Рисунок 6.4 ILE, 2 σ. Рисунок 6.3 ILE, 2.5 σ.

    Для визуализации гистидина оптимальный буферный объем 1. Оптимальный уровень подрезки 1.5.

    Рисунок 7.1 HIS, 1 σ. Рисунок 7.2 HIS, 1.5 σ. Рисунок 7.3 HIS, 1.8 σ. Рисунок 7.4 HIS, 1.9 σ. Рисунок 7.3 HIS, 2 σ. Рисунок 7.4 HIS, 2.3 σ.

    Список литературы

    [1] L. P. Christopher, B. Yao, and Y. Ji, “Lignin biodegradaton with laccase-mediator systems,” Front. Energy Res., vol. 2, no. MAR, pp. 1–13, 2014.

    [2] O. A. Glazunova, K. M. Polyakov, T. V. Fedorova, P. V. Dorovatovskii, and O. V. Koroleva, “Elucidaton of the crystal structure of Coriolopsis caperata laccase: Restoraton of the structure and actvity of the natve enzyme from the T2-depleted form by copper ions,” Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr., vol. 71, pp. 854–861, 2015.

    Семестр 7

    ← Предыдущий семестр Практикум 2 →

    © Дарья Потанина, 2019