Prody. Восстановление функции ЭП.

Задание 1. Prody и B-факторы (часть 1).

Для работы нам был дан PDB ID (4AC1) из пердыдущего практикума.

С помощью Prody нужно было найти два остатка с максимальным и минимальным средним значением B-фактора.

Остаток с минимальным средним В-фактором (3.96) - THR 157.
Остаток с максимальным средним В-фактором (20.31) - SER 19.

Также ниже приведено распределение значений B-фактора по атомам в наших остатках.

Для того, чтобы понять почему максимальное и минимальное значения В-фактора так различаются была показана
вся структура белка с покраской по В-фактору (рисунок 3).
На изображении хорошо видно, что остаток с максимальным средним В-фактором находится "на краю" молекулы и
не образует взаимодействий с другими остатками (следовательно он довольно подвижен).
Остаток с минимальным средним В-фактором же находится в бета-тяже в середине белковой молекулы, что и обуславливает
его малоподвижность. Также у данного основания есть взаимодействия с соседними аминокислотами (рисунок 4).

Сессия в PyMOL.

Задание 2. Prody и B-факторы (часть 2).

В данном задании нам нужно было вычислить для каждого остатка вашего белка
средний B-фактор по его атомам и его центр масс.

Был построен scatter plot зависимости B-фактора от расстояния до центра белка.
Распределение точек напоминает экспоненциальное.
На графике видно, что есть зависимость между В-фактором остатка и расстоянием до центра белка.
Чем больше расстояние между остатком и центром белка, тем больше В-фактор.
Сильно это заметно на расстоянии от 23 ангстрем.
Однако и до 23 ангстрем мы можем видеть остатки с высоким В-фактором (от 10 до 35).
Скорее всего это происходит из-за того, что белок не равномерный. То есть с одной стороны до центра
белка будет большое расстояние и высокий фактор (так как остаток на краю белка),
а с другой получается небольшое рассояние до центра, но сам остаток все равно находится на краю белка,
следовательно мы опять получаем высокий В-фактор.

Задание 3. Восстановление функции ЭП по экспериментальным данным.

Здесь нам нужно было воссоздать кристаллографический эксперимент в упрощённой форме.

Для начала была сгенерирована функция ЭП, которую мы разложили в ряд Фурье,
а затем восстанавливали исходную функцию, имитируя потерю/искажение данных.

Параметры функции: 30,3,3+40,3.5,5.2+2,3,6.3+20,3.5,8.6+30,3,17+2,3,19+25,3,20
- Атомы находятся на отрезке в 30 ангстрем.
- ЭП описывается гауссовой кривой.

Далее было проведено восстановление функции ЭП по полному набору гармоник без различных шумов (таблица 1).

Таблица 1. Полный набор гармоник.

График	Набор гармоник	Разрешение (А)	Полнота данных (%)	Шум амплитуды (%)	Шум фазы (%)	Качество восстановления	Комментарии
	0–5	6	100%	0	0	Плохое	Сложно определить положения атомов.
	0–10	3	100%	0	0	Среднее	Некоторые атомы определить уже можно, но водороды абсолютно не видны.
	0–20	1.5	100%	0	0	Среднее	Хорошо видны атомы, но водороды до сих пор не читаются.
	0–35	0.86	100%	0	0	Хорошее	Все атомы, включая водород, отчетливо видны, однако, есть небольшой шум (который можно принять за водороды).
	0–40	0.75	100%	0	0	Отличное	Четко видно все атомы.
	0–50	0.6	100%	0	0	Отличное	Идеальное восстановление. Есть шум, но он минимален.

В итоге восстановления по полному набору гармоник я считаю, что набор гармоник 0-40 наиболее оптимален, и в следующих задачах я использовала его.

Далее восстановление проходило по полному набору гармоник (0-40) с зашумлением.

Таблица 2. Полный набор гармоник c помехами.

График	Набор гармоник	Разрешение (А)	Полнота данных (%)	Шум амплитуды (%)	Шум фазы (%)	Качество восстановления	Комментарии
	0–40	0.75	100%	20%	0	Хорошее	Зашумление 20% по амплитуде не сильно ухудшило ситуацию, хотя водороды отличить уже сложно.
	0–40	0.75	100%	70%	0	Среднее	Зашумление 70% по амплитуде ухудшило читаемость: уже не все атомы хорошо отличимы от шума.
	0–40	0.75	100%	0	20%	Среднее	Зашумление 20% по фазе: водороды не отличимы от шума, но остальные атомы видны.
	0–40	0.75	100%	0	70%	Плохое	Зашумление 70% по фазе: разобрать что-либо невозможно.
	0–40	0.75	100%	20%	70%	Плохое	Зашумление 20% по амплитуде и 70% по фазе: атомы не отличимы от шума.
	0–40	0.75	100%	70%	20%	Хорошее	Зашумление 70% по амплитуде и 20% по фазе: Сложно, но можно отличить атомы (кроме водородов).

По таблице 2 можно сказать, что при зашумлении по амплитуде атомы вполне читабельны (кроме водородов).
Однако, если зашумление происходит по фазе, отличить атомы становится значительно сложнее.
(Что хорошо видно на графиках, где присутствует зашумление и по фазе и по амплитуде).
Получается, что мы сильно ухудшаем разрешение при искажении фаз.

Затем мы рассматривали восстановление функции ЭП по неполному набору гармоник.

Таблица 3. Неполный набор гармоник.

График	Набор гармоник	Разрешение (А)	Полнота данных (%)	Шум амплитуды (%)	Шум фазы (%)	Качество восстановления	Комментарии
	2–40	0.79	95%	0	0	Отличное	Если убрать первые гармоники, то атомы остаются читабельными, но сам график "сползает" вниз.
	0-14, 17-40	0.79	92.5%	0	0	Хорошее	Здесь были убраны несколько гармоник из центра набора. В основном атомы хорошо отличимы (кроме водородов).
	0-18, 21-40	0.79	92.5%	0	0	Хорошее	Убраны несколько гармоник из центра. Все атомы видно вполне хорошо, однако водороды сложно отличить.
	0-22, 25-40	0.79	92.5%	0	0	Хорошее	Убраны несколько гармоник из центра. В целом восстановление довольно хорошее (хотя и есть немного шума).
	0-5, 20-40	0.79	62.5%	0	0	Плохое	Убраны 15 гармоник из первой половины набора. Атомы стали не отличимы от шума.
	0-20, 35-40	0.79	62.5%	0	0	Хорошее	Убраны 15 гармоник из второй половины набора. Водороды отличить нельзя, однако остальные атомы вполне читаемы.
	0–40, 50	0.6	80%	0	0	Отличное	Дробавление к набору 10-й после максимума гармоники ничего существенно не меняет. Восстановление отсается отличным.

По итогам восстановления по неполному набору гармоник можно сделать выводы:

- При потере нескольких гармоник ближе к началу набора зашумление не дает отличить водороды,
но в целом восстановление функции ЭП хорошее.
Однако, при удалении гармоник ближе к концу набора читаемость графика сильно улучшается!

- При удалении большого количества гармоник (15) читаемость ухудшается (по сравнению с удалением нескольких гармоник).

- При добавлении 10-й после максимума набора гармоники ничего особо не меняется.

Вернуться на главную страницу

 © Наумова Юлия, 2020