Во втором практикуме работа идёт с моделями белков в формате 2FOFC, содержащими информацию непосредственно об электронной плотности.
Здесь было дано две модели одного белка различного качества. Мои PDB ID — 7CTS, 4WFK. Это модели белка-кутиназы из патогенной бактерии Saccharomonospora viridis.
На первый взгляд сами структуры отличаются незначительно, какими-то мелкими деталями (скажем, какой-то регион только в одной из структур аннотирован как спиральный). Но бросается в глаза, что в структуре 7CTS отображено намного больше молекул растворителя и размещены они чаще. При отображении volume аналогично видим, что размеры деталей в первой модели меньше, а структура 4WFK более сглажена.
Визуально можно предположить, что модель 7CTS обладает более высоким разрешением. И действительно, по данным RCSB PDB, разрешение модели 7CTS составляет 1.10 Å против 2.35 Å у 4WFK. Покажем разрешение на примере конкретных регионов структур (см. рис. 1).
В структуре большего разрешения поверхность уровня более детально дискретизована, размеры ячеек сетки намного меньше, чем во второй структуре. Это же и более чётко указывает на положение центров атомов (видим участки почти сферической поверхности, где центр найти легко). В структуре низкого разрешения прослеживаются скорее общие очертания остова, его направление. Атомы кислорода не образуют сферические выступы на поверхности уровня, а атом $\mathsf C_\alpha$ в одном месте вовсе выходит за поверхность. В восстановлении положения атомов, следовательно, появляется больший произвол, погрешность.
Во втором задании работа идёт с новой моделью, у меня это 7BDE, структура небольшого домена из человеческого репрессора транскрипции.
Для того чтобы понять, как в модели сосредоточена электронная плотность и как проходят линии уровня, изобразим линии на трёх уровнях подрезки ($z=$1, 2, 3, см. рис. 2).
Видим, что электронная плотность повышается в целом от периферии молекулы к центру, где атомы расположены более плотно. Можно предложить этому объяснение: возможно, выступающие участки обладают большей подвижностью и даже в кристалле не всегда занимают строго фиксированное положение. (Тяжело поверить, что атомы в составе, скажем, альфа-спиралей в разных регионах белка имеют по-разному распределённые электроны, это кажется невероятным, поэтому такое объяснение меня не устраивает.)
Здесь мы продолжаем работать с той же моделью, что и в задании 2. Однако теперь мы будем смотреть на маленькую молекулу лиганда и посмотрим, как выглядит она при различных уровнях подрезки (см. рис. 3).
Видно, что в первую очередь с повышением уровня подрезки лишаются покрытия атома углерода, а электронная плотность оказывается смещена к более электроотрицательным атомам азота и фтора. Лишь атом азота из аминогруппы, присоединённой к ароматической группировке, оказывается за поверхностью уровня 3.
Изучив модели электронной плотности, я увидел, что разрешение модели в первую очередь определяет размер деталей на поверхности уровня электронной плотности, что затем влияет на точность восстановления положений атомов. Кроме того, электронная плотность распределена по атомам неравномерна. У макромолекул плотность снижается на периферии, а у низкомолекулярных веществ на электронную плотность влияет электроотрицательность атомов.