Построение и визуализация электронной плотности (ЭП)

Описание выбранного белка

Для работы в данном и последующих практикумах был выбран один из основных ферментов центрального метаболизма - енолаза. Енолаза катализирует обратимую реакцию превращения 2-фосфоглицерата (2-PGA) в фосфоенолпируват (PEP). В PDB-записи 3QTP приводится информация о структуре этого фермента у дизентерийной амёбы (Entamoeba histolytica), которая является возбудителем опасного заболевания - амёбиаза. Впоследствии для краткости будем называть фермент EhENO (Entamoeba histolytica enolase).

Информация о структуре, её сравнение с другими структурами енолаз и другие аналитические данные приведены в статье:
Schulz, E. C., Tietzel, M., Tovy, A., Ankri, S., & Ficner, R. (2011). Structure analysis of Entamoeba histolytica enolase. Acta Crystallographica. Section D, Biological Crystallography, 67(Pt 7), 619–27. doi:10.1107/S0907444911016544

Некоторые характеристики структуры:

• Количество полипептидных цепей: 2 (А и В)
• Разрешение: 1.90Å
• R-value: 0.155
• R-value (free): 0.202

При запуске сервиса PDBeFold были найдены многочисленные структурные гомологи рассматриваемого белка с подходящими параметрами (по RMSD и количеству сопоставленных С-alfa атомов): 138 для субъединицы А и 203 для В.

Изображение ЭП вокруг полипептидной цепи

Были построены визуализации электронно плотности вокруг полипептиднй цепи без боковых остатков для трёх уровней подрезки (σ=0.5,1 и 2). Для визуализации был использован script_1. Полученные изображения представлены на рисунке 1. Можно отметить, что наиболее приемлемое изображение ЭП достигается при σ=1, когда нет "непокрытых" ЭП участков и ЭП не так "объёмна" как при уровне срезки 0,5.

Рис. 1 Визуализация электронной плотности вокруг остова белковой цепи при различных уровнях подрезки: слева направо:σ=0.5, σ=1 и σ=2. Красными стрелками отмечены участки, где при уровне срезки 2 белковая цепь не покрыта электронной плотностью.

Изображение ЭП вокруг нескольких боковых радикалов полипептидной цепи

Для визуализации электронной плотности вокруг нескольких аминокислотных остатков был выбран участок из 4-х остатков цепи А с 429-го по 432-ой, состоящий из различных по физико-химическим свойствам остатков: лизина, аспарагина, триптофана и аргинина. Для визуализации использовался script_2. Результаты для трёх уровней подрезки (σ=0.5,1 и 1.5) представлены на рисунке 2.

Рис.2 Визуализация электронной плотности вокруг четырёх боковых остатков полипептидной цепи (429:432) на разных уровнях подрезки: слева направо:σ=0.5, σ=1 и σ=1.5.

Отдельно выделю интересное замечание: при уровне подрезки σ=2 видно, что в центре шестичленного кольца ароматической индольной системы появляется видимое отверстие без электронной плотности, которого не обнаруживалось при уровнях подрезки с меньшим значением σ (см. рис. 3).

Рис.3 Визуализация электронной плотности вокруг остатка TRP431 на разных уровнях подрезки: слева направо:σ=0.5, σ=1, σ=1.5 и σ=2.

В заключение проделанной работы должен отметить, что в целом координаты атомов модели соответствуют сгущениям электронной плотности. Разрешение структуры не может считаться атомарным, но в то же время все остатки аминокислот покрыты электронной плотностью, причём иногда она точно соответствует структуре (пример с Trp431).