Занятие 11: работа с программой RasMol

Работа в командном окне и разные типы моделей структуры

Изображение шариковой модели структуры

Определение молекул в заданной структуре

Пространственная структура CDD_BACSU (PDB ID 1UWZ)

Мы видим, что есть расхождения того, что можно видеть посредством RasMol, с тем, что описано в поле SEQRES pdb-файла. В каждой цепочке «не хватает» по 6 остатков. В поле REMARK находим интересную информацию:

MISSING RESIDUES
THE FOLLOWING RESIDUES WERE NOT LOCATED IN THE EXPERIMENT.
(M=MODEL NUMBER; RES=RESIDUE NAME; C=CHAIN IDENTIFIER; SSSEQ=SEQUENCE NUMBER; I=INSERTION CODE.)

  M RES C SSSEQI                                      
    HIS A   131                                       
    ASP A   132                                       
    GLU A   133                                       
    ARG A   134                                       
    LYS A   135                                       
    LEU A   136                                       
    HIS B   131                                       
    ASP B   132                                       
    GLU B   133                                       
    ARG B   134                                       
    LYS B   135                                       
    LEU B   136     

Т.е. при проведении эксперимента указанные остатки отсутствовали (причин этому может быть великое множество), и мы увидим только 130 аминокислотных остатков в каждой цепи данного белка.

Создание скрипта

С помощью программы RasMol был создан скрипт, последовательно генерирующий заданные изображения структуры белка. Скрипт создаёт следующие картинки.

Вся структура в шариковой модели

Структура только белка в остовной модели

Структура только белка в ленточной модели

Изображение всех компонентов структуры

• Белок представлен в остовной модели, разным цветом отмечены разные полипептидные цепи.
• Лиганды из 2-х и более атомов - в шарнирной модели с раскраской по атомам.
• Молекулы воды и одноатомные лиганды - в шариковой модели (красный цвет).

Изображение концевых остатков у одной полипептидной цепи

N- и С-концевые аминокислотные остатки в шарнирной модели, подписаны их названия и номера.

Концевые остатки, шарнирная модель

Концевые остатки, шарнирная модель

Общая форма заданного белка и его размеры

Белковая часть структуры в шариковой модели

Структура, представленная на картинке, на мой взгляд, походит на игрушку-динозаврика ("глаз" выделен для наглядности).

В программе RasMol были измерены размеры структуры. Вот какие данные мы получили:

Distance GlU5B.OE 2- GLU5A.OE2: 61.07 A
Distance LYS23A.CE – PRO80B.CG: 44.35 A
Distance LYS23B.CE – GLU128B.CG: 41.77 A

Аппроксимируем белок подходящей геометрической фигурой, например цилиндром (h≈61Â, r≈43Â).
Объём цилиндра V = π*(43*10^-4)²*61*10^-4 ≈ 3.54337094 * 10^-7 (мкм³).

Сколько молекул Вашего белка поместится в одной клетке Escherichia coli, если аппроксимировать клетку цилиндром r=0.5µm и h=2µm?

Если радиус цилиндра 5*10^-7 метров, высота – 2*10^-6 метров, то объём такого цилиндра равен V = π*0.5²*2 ≈ 1.57079633 (мкм³). Чтобы узнать примерное количество молекул, разделим найденный нами объём цилиндра (≈ объём клетки) на объём, найденный нами на первом шаге. Мы получили число 4 433 056.

Предположим, что все 4400 белков кишечной палочки были синтезированы одновременно и в равных количествах. Предположим, что размеры всех белков одинаковы и равны размерам Вашего белка. Предположим, что в клетке ничего нет, кроме белков. Сколькими молекулами будет представлен каждый белок?

Мы уже вычислили примерное количество молекул белка в одной клетке Escherichia coli. Чтобы вычислить, сколькими молекулами представлен каждый белок, разделим это число на число белков:
4 433 056 / 4400 ≈ 1 007.

Предел разрешения светового микроскопа оценивается как λ/2, где λ - длина волны. Сколько молекул белка потребуется, чтобы создать объект, видимый под световым микроскопом?

Длина волны света (380-720 нм) – в среднем, 570 нм. Предел разрешения светового микроскопа вычисляется как λ/2 и равен 570/2=285нм. Можно рассматривать цилиндр как со стороны основания, так и со стороны боковой поверхности.

1. Со стороны основания.
   Минимальная видимая в микроскоп площадь будет равна π*570² ≈ 1 020 703(нм²). Площадь же основания цилиндра, в который мы вписывали молекулу белка - π*4.3² ≈ 58(нм²). Пренебрегая небольшой погрешностью, поделим эти числа и найдём примерное число молекул белка, которые можно увидеть в микроскоп:
   1 020 703 / 58 ≈ 17 598 (молекул).

2. Со стороны боковой поверхности.
   Минимальная видимая в микроскоп площадь будет равна 570² ≈ 324 900(нм²). Площадь видимой части (проекции на плоскость) цилиндра можно рассчитать как d*h=2*r*h=2*4.3*6.1 ≈ 52(нм²). Приближенно вычислим искомое число молекул:
   324 900 / 52 ≈ 6 248 (молекул).

Сравнение изображений аминокислот и аминокислотных остатков

Аланин в ChemSketch

Аланин в RasMol

Ранее с помощью программы ACD ChemSketch было получено изображение аланина. С помощью RasMol можно получить изображение остатка этой аминокислоты в реальном белке, используя команды:

restrict 13:A
centre selected
zoom 700
spacefill 100
wireframe 50

Мы видим, что в полученной в программе RasMol структуре отсутствует атом кислорода. Он потребовался для образования воды при образовании пептидной связи. (Действительно, ведь в ACD ChemSketch мы «рисовали» саму аминокислоту, а не остаток.) Также мы видим, что во втором изображении отсутствуют атомы водорода, вероятно, слишком малые для распознавания при анализе структуры белка.

Ссылки

1. Структура белка в формате .pdb.
2. Скрипт, последовательно генерирующий заданные изображения структуры, в формате .spt.
3. Простой скрипт, приведённый в подсказках, в формате.spt.