Сравнение расшифрованной структуры в ЯМР и РСА

Выбор структуры

Для анализа был выбран белок (ацетил-СоА связывающий белок быка), имеющий ЯМР и РСА структуры. ЯМР структура: 1ACA, эта запись содержит 20 моделей (рис. 1). А РСА структура: 1HB6 и ее разрешение 2 А (рис. 2).

Рис. 1. ЯМР структура белка.

Рис. 2. Структура белка, полученная РСА.

Чтобы понять насколько структура в растворе совпадает с структурой в кристале выравнили их не гибко с помощью сервера POSA (сервер гибкого множественного выравнивания) и в PyMol с помощью команды align 1aca, 1hb6. Получили одно и тоже (рис. 3). Видео можете скачать тут

Рис. 3. Пространственное выравнивание 1ACA (ЯМР; розовый) и (РСА; голубой).

Анализ водородных связей

1. Проанализируем водородные связи в петле на поверхности глобулы. На рисунке 4 можно увидеть пример такой водородной связи.

Рис. 4. Водородная связь между аргинином (серый) и аспартатом (розовый). Длина водородных связей в РСА структуре 2.8 А. Все модели, полученные методом ЯМР, имеют эти две водородные связи. Минимальная длина составляет 2.2 А, а максимальная 3.2 А. Медианная получилась равна 2.6 А.

2. Проанализируем водородные связи, находящиеся в остове, в альфа-спиралях. На рисунке 5 можно увидеть примеры таких водородных связей.

Рис. 5. Остовные водородные связи в альфа спирали. С-альфа атомы покрашены в зеленый цвет, синие азоты и красные кислороды. Длина водородной связи в структуре РСА 3 А. Все модели, полученные методом ЯМР, имеют все эти водородные связи, для дальнейшего анализа была взята водородная связь между ILE27 и TYR31. Ее минимальная длина составляет 2.1 А, а максимальная 2.8 А. Медианная получилась равна 2.4 А.

3. Проанализируем водородную связь боковых цепей в ядре белка. На рисунке 6 можно увидеть пример такой водородной связи.

Рис. 6. Водородная связь между радикалами глутаминовой кислотой (серый) и лизином (розовый), которые находятся в одной альфа-спирали. Длина водородной связи в структуре РСА 3.3 А. Все модели, полученные методом ЯМР, имеют эту водородную связь. Ее минимальная длина составляет 2.7 А, а максимальная 3.3 А. Медианная получилась равна 2.9 А.

Сводная таблица с информацией о водородных связях:

Из всего вышесказанного и наблюдаемого можно сделать выводы, что белок имеет очень похожие структуры в кристалле и белке, что длина одной и той же водородной связи в модели ЯМР будет обычно короче, чем в РСА из-за того, что ЯМР распознает водороды, а РСА почти всегда нет.

Совместим нашу РСА структуру с моделями ЯМР с помощью сервера PDBeFold. Структуры отлично выравниваются, можно посмотреть выдаваемый итоговый отчет:

  ##      Q-score      P-score     Z-score   RMSD    Nalgn Nsse Ngaps Seq-%     Nmd Nres-Q Nsse-Q Nres-T Nsse-T Query Target
    1      0.6858        4.63       6.218     1.672    82    4    2      0.9878    0     87      4     86      4    PDB 1aca:A  PDB 1hb6:A
  

Некоторые из используемых команд:

  	#чтобы сделать видео выравнивания
  	mset 1,180
	util.mroll 1, 180, 1
	set ray_trace_frames, 1
	set cache_frames, 0
	
	#чтобы увидеть все модели ямр структуры сразу
	split_state 1aca
	
	#анализ водородных связей
	remove solvent
	show surface
	set transparency, 0.5
	show sticks, Asp or R
	distance hbonds, Asp, R, 3.5, mode=2
	distance hbonds, sele, sele, 3.5, mode=2
	sel sele and /////ca
  	set label_size, -0.1