Электронная плотность

Разметка атомов в структурах PDB идёт по полученной в результате эксперимента карты распределения электронной плотности. В большинстве случаев удобно работать с атомами, однако иногда анализ карты электронной плотности также применяется. Применяемые термины: уровень подрезки определяет минимальную необходимую для отображения электронную плотность области по сравнению со средней элеткронной плотностью по кристаллу (уровень 1 соотвествует отображению областей, плотность в которых выше средней по кристаллу более чем на одно среднеквадратичное отклонение, уровни 2 и т. д. определяются аналогично); параметр carve используется, чтобы рассматривать электронную плотность в области выделенной программой части молекулы, а не очерчивающем паралеллепипеде.

Задание 1

Мной были проанализированы две структуры одного и того же белка, одна с меньшим разрешением, другая с большим. В структуре 6WCY размечены водороды, что может служить сигналом того, что именно эта структура обладает большим разрешением. По построению mesh видно, что действительно, mesh одного и того же участка 130-145 аминокислот цепи А визуально отличается: в структуре 6WCY mesh более высокополигональный, нежели mesh 4JGF и к тому же покрывает большую часть атомов на уровне подрезки 2 - то есть области, соответствующие ему, более полно выражают структуру, а значит, при анализе структуры можно брать более высокий уровень подрезки с минимальной потерей информации (проще отделить шум). Можно сделать вывод, что структура 6WCY обладает большим разрешением, и согласно данным PDB, это действительно так: разрешение 6WCY 1.2 A, разрешение 4JGF 2.5 A.

Pymol-сессия работы для задания 1.

Задание 2

В заданиях 2 и 3 анализируется комплекс цитохрома P450 с папаверином. В задании 2 рассматривался mesh электронной плотности остова белка при разных уровнях подрезки.

Pymol-сессия работы для заданий 2 и 3.

При повышении уровня подрезки постепенно исчезает отображение электронной плотности на концевых участках и в свободных петлях белка, в то время как внутренняя часть mesh практически не изменяется. Это объясняется более высокой подвижностью свободных и концевых участков в пространстве, что снижает электронную плотность (электронная плотность "размазывается" при изменении положения) и приводит к "выпадению" таких участков из отображения при увеличении уровня подрезки по сравнению с менее подвижными внутренними участками.

Задание 3.

В заданиях 2 и 3 анализируется комплекс цитохрома P450 с папаверином. В задании 3 рассматривался mesh электронной плотности лиганда при разных уровнях подрезки. Ссылка на рабочие файлы ниже.

При повышении уровня подрезки до 2 у лиганда остаются в отображении только участки с повышенной электронной плотностью: электроотрицательные атомы (кислород и азот) и пи-системы. При повышении уровня подрезки до 3 отображение и вовсе остаётся только для атома азота в пиридиновом кольце. Стоит уточнить, что на иллюстрации также отображен протопорфирин IX (небелковая составная часть комплекса цитохрома). Его mesh электронной плотности показывает те же закономерности, что и для папаверина - отображение углеродных атомов при повышении уровня подрезки исчезает.