Занятие 2.
Программы DSSP и HBplus.

1. Определение вторичной структуры белка 1LI5.

Чтобы провести данный вид определения для белка 1LI5, воспользуемся программой DSSP.

Возможно запустить данную программу на kodomo:
     dsspcmbi 1LI5.pdb 1LI5.dssp
НО мы скачаем уже готовый результат по FTP с ftp://ftp.cmbi.ru.nl//pub/molbio/data/dssp/

Получаем файл с описанием вторичной структуры. Импортировав этот файл в Exel, посчитаем количество элементов в каждой из цепей (в моем белке это А и В). Одним элементом вторичной структуры будем считать блок идущих подряд букв H (альфа-спираль) или E (бета-тяж).

Поместим данные в таблицу: в цепи А - 13 альфа-спиралей и 12 бета-тяжей, в цепи B - 12 альфа-спиралей и 12 бета-тяжей.

Теперь изучим поля HELIX и SHEET в pdb-файле и сравнис два описания вторичной структуры (вычисленное DSSP и приведённое авторами записи).

Cравнение координат альфа-спиралей по данным программы DSSP и описания в PDB:

Номер цепи \спирали	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
A (по данным dssp)	38-57	72-80	85-102	-	118-130	-	207-217	-	234-245	-	277-281	286-294	306-323	336-347	352-372	374-388	398-401
A (по описанию в pdb)	37-58	-	84-103	113-116	117-131	146-149	206-218	227-231	233-246	268-271	276-282	285-295	305-324	335-348	351-373	373-389	397-402
Различия	~	не найден в pdb	~	не найден dssp	~	не найден dssp	~	не найден dssp	~	не найден dssp	~	~	~	~	~	~	~
B (по данным dssp)	38-56	87-102	-	118-130	-	207-216	-	234-246	277-280	286-294	306-322	336-347	352-372	374-390	398-401
B (по описанию в pdb)	37-57	86-103	113-116	117-131	146-149	206-217	227-231	233-247	276-281	285-295	305-324	335-348	351-373	373-391	397-402
Различия	~	~	не найден dssp	~	не найден dssp	~	не найден dssp	~	~	~	~	~	~	~	~

Cравнение координат бета-тяжей по данным программы DSSP и описания в PDB:

Номер цепи \спирали	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
A (по данным dssp)	3-6	11-14	23-27	60-65	134-136	142-144	181-186	201-203	221-225	251-254	260-262	302-304
A (по описанию в pdb)	3-5	12-14	22-27	60-65	134-136	142-144	181-186	201-203	221-225	251-254	260-262	302-304
Различия	~	~	~
B (по данным dssp)	3-6	11-14	22-27	60-65	134-136	142-144	181-186	201-203	221-225	251-254	260-262	302-304
B (по описанию в pdb)	3-5	12-14	22-27	60-65	134-136	142-144	181-186	201-203	221-225	251-254	260-262	302-304
Различия	~	~

Из таблиц видно, что координаты всех бета-тяжей по данным файла PDB практически совпадают с координатами, определенными программой DSSP.Только первых 2 тяжа отличаются на 1-2 а.о (это объясняется алгоритмом программы DSSP, который не включает в элементы альфа-спирали крайние аминокислотные остатки. Этому правилу, однако, есть и исключения). Координаты альфа-спиралей по данным файла PDB лишь местами совпадают с координатами, определенными программой DSSP. Таким образом, можно сказать, что с поиском бета-тяжей программа справилась отлично, а вот для альфа-спиралей необходимо усовершенствовать поиск. Так же удивляет то, что и DSSP и в pdb-файле для одна альфа-спираль с другой (15-16 для А и 13-14 для B) идут практически одновременно - но считаются разными.

2. Анализ значений торсионного угла PHI в выдаче DSSP.

Рассмотрим колонку PHI выдачи DSSP, отметим остатки, имеющие положительное значение угла φ :

Цепь A:
метионин 1
аргинин 10
глицин 21
глицин 58
аспартат 71
глицин 82
аспарагин 104
глицин 132
глицин 140
глицин 153
аргинин 157
лизин 175
глицин 190
глицин 199
глицин 218
глицин 226
пролин 233
глицин 248
аспартат 263
глицин 272
глицин 325
глицин 334
аспартат 349
фенилаланин 350
глицин 392
лейцин 394

Цепь B:
метионин 1
аргинин 10
глицин 21
глицин 58
валин 86
аспарагин 104
глицин 132
глицин 140
глицин 153
аргинин 157
аргинин 176
глицин 190
серин 196
глицин 199
глицин 218
глицин 226
пролин 233
аспартат 247
глицин 248
аспартат 263
аргинин 264
аспарагин 273
фенилаланин 275
глицин 325
глицин 334
аспартат 349
фенилаланин 350
глицин 392
лейцин 394

Следует заметить, что среди остатков, имеющих положительное значение угла phi, оказались не только глицины, но и аспарагин и лейцин, фенилаланин и др, имеющие достаточно большие по размеру радикалы, мешающие вращению вокруг N-Ca связи (что и определяет угол phi). Так же видим, что остатки, имеющие положительное значение угла, распологаются в цепях одинаково.

Создадим в PyMOL изображение, представляющее остовную модель (ribbon) цепи A белка 1LI5, на котором различными цветами выделены альфа-спирали (красного цвета), бета-тяжи (синего цвета), остатки с положительным phi (желтого цвета):

3. Определение водордных связей с помощью программы HBPlus.

С помощью программы HBPlus определим водородные связи в белке 1LI5.

запустим программу с помощью команды:  hbplus 1LI5.pdb
Получим файл 1LI5.hb2

Переведем полученные данные в файл Exel. Приведем примеры различных водородных связей, используя эти данные:

а) Водородные связи, участвующие в стабилизации вторичной структуры:

A0043	THR	N	A0039	GLY	O
A0043	THR	OG1	A0039	GLY	O

б) между боковыми цепями аминокислотных остатков:

A0313	ARG	NE	A0317	GLU	OE2
Взаимодействующие атомы выделены красным

в) между боковой цепью одного остатка и остовным атомом другого:

A0052	ARG	NH2	A0104	ASN	O
Взаимодействующие атомы выделены красным

В данной структуре нет малых органических молекул (лигандов).

Приведем пример взаимодействия одного остатка с двумя:

A0143	MET	N	A0135	TYR	O
A0176	ARG	N	A0135	TYR	OH
Соответсвующие взаимодействующие атомы выделены красным и синем.