Оценка качества 3D структур

Структура 7GPB

Структура 7GPB содержит молекулу гликоген фосфорилазы, состоящий из четырех цепей. Структура была разрешена 15 октября 1992 года, последние исправления были внесены 13 июля 2011. Разрешени - 2.90 Å.
Особенностью данной структуры является положение в пространстве атомов остова индольного кольца триптофанов, а именно 67 триптофана. (Рис.1)

Рис.1: Визуализация 67 триптофана цепей А, B, C, D.

Как видно на Рис.1 боковая цепь триптофана представляет собой ароматическую систему двух колец, которая по правилу Хюккеля должна представлять одну плоскость, построенную на атомах углерода. Однако не во всех триптофанах это наблюдается, а именно индолы цепей A и D не вписываются в одну плоскость, к тому же аминокислотные остатки триптофана цепей C и B также не образуют одну плоскость (но отклонение от плоскости не настолько велико, как в цепх A и D). Если посмотреть на B-факторы данных аминокислотных остатков, то получится, что температурные факторы индола триптофана 67 цепи D(самое искаженное) варьируются от 31 до 53, когда у неискаженного тритофа 182 цепи А(Рис.2) они принимают значения от 18 до 28.

Рис.2: Визуализация 182 триптофана цепи А.

Структура 1GT0

Структура 1gt0 предстявляет двуцепочечную молекулу ДНК и две цепи транксрипционных фактором POU и HMG. Впервые эта структура была аннонсирована 31 января 2003 года, последнее изменение было представлено 14 ноября 2012. Разрешение структуры составлят 2.60 Å. Особенность данной структуры состоит в том, что в цепи С (POU) отсутствуют аминокислотные остатки с 78 по 96.(Рис.3)

Рис.3: Структура 1gt0. Аминоклотные остатки с 75 по 100 подписаны и обозначены "sticks".

Также заметно, что при визуализации электронной плотности вокруг амиинокислотных остатков с 75 по 100, "пропавшие остатки" не имеют ЭП. Интересно заметить, что ЭП вокруг 100 аргинина не описывает "радикал" а.о. Это ставит под сомнение качество вписывания того остатка в полученные результаты.(Рис.4)

Рис.4: Визуализация электронной плотности вокруг 75-100 аминокислотных остатков с уровнем подрезки σ=1.

Если рассмотерть значения температурного фактора на "пропавшем" участке, то видно, что остатки с 73 по 75 и с 97 по 100 имеют высокие значения B-фактора. (Рис.5)Следовательно, можно предположить, что участок цепи с 78 по 96 отсутствует из-за высокой подвижности.

Рис.4: Визуализация значений B-фактора, остатки с 75 по 100 показаны sticks.

Структура 2B5A

Структура 2B5A описывает контрольный элемент C.BCII системы рестрикции-модифиации. Данная структура была разрешена 28 сентября 2005 года, а последнее исправление датируется 13 июлем 2011 годом, разрешение же структуры составляет 1.54 Å
Особенность данной структуры заключается в том, что 21 глутамина цепи С имеет несколько конформаций. (Рис.6)

Рис.6: Визуализация двух конформаций 21 глутамина цепи С.

При изображении электронной плотности вокруг 21 глутамина видно, что действительно вокруг одного из остатков есть скопление плотности, а у другого ЭП описывает только амидную группу глутамина, но не γ-С.(Рис.7)

Рис.7: Визуализация электронной плотности двух конформаций 21 глутамина цепи С с уровнем подрезки σ=1.

В PDB-файле для атомов, принадлежащих разным корформациям, приведены значения occupancy равное 0.5.

ATOM   1405  CA AGLN C  21      19.364  32.425  32.992  0.50 19.11           C  
ATOM   1406  CA BGLN C  21      19.326  32.397  33.057  0.50 20.53           C  

ATOM   1409  CB AGLN C  21      17.931  32.039  33.379  0.50 20.64           C  
ATOM   1410  CB BGLN C  21      17.973  31.950  33.643  0.50 22.06           C  
ATOM   1411  CG AGLN C  21      17.034  33.216  33.781  0.50 20.74           C  
ATOM   1412  CG BGLN C  21      16.993  31.438  32.609  0.50 23.71           C  
ATOM   1413  CD AGLN C  21      17.055  34.359  32.789  0.50 24.73           C  
ATOM   1414  CD BGLN C  21      15.641  31.013  33.167  0.50 26.46           C  
ATOM   1415  OE1AGLN C  21      17.097  34.149  31.567  0.50 20.63           O  
ATOM   1416  OE1BGLN C  21      15.470  30.787  34.370  0.50 32.44           O  
ATOM   1417  NE2AGLN C  21      17.048  35.589  33.309  0.50 17.33           N  
ATOM   1418  NE2BGLN C  21      14.666  30.890  32.270  0.50 27.89           N  
	

Cледовательно, в половине ячеек присутствует одна конформация, а в другой половине - другая. Возможно поэтому авторы структуры решили положить в файл оба варианты 21 глутамина.

Сравнение коэффициента заполнения (occupancy) и температурных факторов(B-фактор) структур с разным разрешением.

Используя Advanced search на сайте PDB, были найдены две структуры с разрешением до 1 Å и от 2Å до 2.5Å, полученные метором РСА, а также со сходной длиной полипептидной цепи. Результатом поиска являются модели 4LBS с разрешением 0.76 Å и длиной цепи 316 ак.о., 4TYG - 2.40 Å и 311 ак.о.. Для более точного стравнения были выбраны структуры белков, не сильно отличающихся по длине цепи.

Для характеристики температурных факторов эти данные были извченены из pdb-файлов и построена гистограмма.(Рис.8)

Рис.8: Распределение B-факторов у структуры 4LBS с высоким разрешением(зеленый) и 4TYG с низким разрешением(красный).

По этим результатам можно сделать вывод, что B-факторы у более точной структуры меньше, чем у структуры с низким разрешением. Это логично, так как температурный фактор отражает, насколько сильно восстановленная электронная плотность размазана вокруг атома. То есть, чем выше разрешение, тем лучше различаются детали и лечге вписывать атомы в ЭП.

Коэффииенты заполнения также у двух структур с разным разрешением отличаются (Рис.9), а именно:

• Структура с высоким разрешением(4LBS) имеет 82 атома, коэффициент заполнения которых меньше 1, и ни одного с коэффициентом заполнения равном 0.
• Структура с низким разрешением(4TYG) - 71 атом имеет occupancy меньше 1, из которых у 39 атомов коэффииент заполнения равен 0.

Рис.9: Гистограмма распределения коэффициентов у структуры с высоким(A) и низким(B) разрешением.