¿Cómo funcionan los sistemas de coordenadas en las bases de datos de estructuras de proteínas?

Lo admito, me tomó algo de tiempo entender y descubrir las diversas características y detalles disponibles en un archivo PDB. Algunos de ellos son fáciles de entender y los repasaré rápidamente; Trataré de explicar visualmente los conceptos más complicados lo mejor que pueda.

Los basicos:

Los archivos PDB contienen las coordenadas de cada átomo en coordenadas ortogonales (x, y, z), por lo que las coordenadas de cada átomo que se encontraron en la estructura se muestran en angstroms, como se muestra a continuación:

Esto tiene información básica sobre el átomo, como:

  1. Residuo que contiene el átomo
  2. Subunidad que contiene el residuo
  3. Designación del átomo dentro del residuo
  4. x-, y-, yz-coordenadas del átomo
  5. Ocupación
  6. Factor de temperatura

Los orígenes de este sistema de coordenadas generalmente están en algún lugar cerca del centro de la estructura. Los archivos PDB también contienen información sobre la simetría cristalográfica y la simetría biológica de la molécula; Voy a tocar esto más tarde.

Ocupación:

La ocupación es la probabilidad de que el átomo en cuestión ocupe las coordenadas dadas. En la mayoría de los casos, la ocupación es uno. Sin embargo, ocasionalmente un átomo podría existir en más de una ubicación en diferentes unidades en un cristal; en este caso, se enumeran todas las coordenadas y ocupaciones determinadas de ese átomo:

En este caso (PDB: 1A6M, oxo-mioglobina), la tirosina se encontró en más de una conformación, se verá así en la estructura:

Factores de temperatura:

Los factores de temperatura son una indicación de cuán rígidamente se mantiene el átomo en su lugar en la estructura dada. La distribución de densidad de electrones observada para diferentes átomos no siempre es nítida, a veces esto es causado por una mayor vibración de los átomos hacia las partes externas de la molécula, o diferentes distribuciones de densidad en diferentes moléculas en el cristal. Esto da como resultado un “borrón” de la distribución de densidad de electrones, y está representado por los factores de temperatura o factores β:
Los valores menores de β para un átomo indican que ese átomo se mantiene en su lugar más rígidamente. Aquí hay un ejemplo de cómo los valores β buscan átomos diferentes en una molécula (PDB: 1A6M, las estrellas representan moléculas de agua):

En esta imagen, los valores bajos de β están en azul, y se ven más comúnmente hacia el núcleo de la proteína, lo que indica un empaquetado ajustado. Se pueden ver valores β más altos, que se muestran en amarillo y naranja cerca de la superficie de la molécula, lo que indica mucho movimiento.

Algunos archivos PDB también contienen información sobre los factores de temperatura anisotrópicos de cada átomo (indicado por el encabezado ANISOU). Estos representan las fluctuaciones espaciales 3D de un átomo dado, y se pueden visualizar como:
En este ejemplo, los elipsoides indican los átomos para los cuales se observaron factores de temperatura anisotrópicos mayores. Tenga en cuenta que, como antes, los átomos menos rígidos se observan hacia la superficie de la molécula.

Simetría cristalográfica:

El archivo PDB contiene detalles sobre la simetría cristalográfica que se observó en el cristal de proteína. Estos datos se pueden usar para observar cómo se empaquetó la proteína en el cristal. Por ejemplo:


Estas transformaciones de simetría se pueden aplicar a la proteína para dar algo como:


Este es un dímero de proteína que contiene una espiral en espiral (mostrada en magenta, PDB: 3Q0X). Puedes observar cómo se empaquetó esta proteína particular en el cristal (solo busca más bobinas enrolladas).

Simetría biológica

Esta es quizás una de la información más importante proporcionada en el archivo PDB. Estas transformaciones de simetría arrojan luz sobre cómo la simetría de la unidad de proteína es biológicamente significativa. Tomemos, por ejemplo, una proteína viral de la cápside (PDB: 4NWV), las transformaciones de simetría biológica se ven así:


Esta es la estructura cristalina de la unidad de proteína:


Aplicando las transformaciones de simetría anteriores a esta unidad de proteína, obtenemos:


Esta estructura de la cápside contiene 60 unidades de la proteína de la cápside mostrada anteriormente, y las transformaciones de simetría para cada una de estas 60 unidades se proporcionan en el archivo PDB. Como se puede imaginar, este es un método increíblemente útil para visualizar cómo se pueden ensamblar las macromoléculas.

Estas son las principales características de cómo funcionan las coordenadas PDB. ¡Siéntete libre de dejar un comentario o pregunta sobre otros aspectos de las coordenadas PDB!

Algunos enlaces útiles:

  • RCSB PDB-101 – Observación de estructuras: tratamiento de coordenadas
  • RCSB PDB-101 En busca de las estructuras: Introducción a las Asambleas biológicas y el Archivo PDB
  • Descripción del archivo de coordenadas (formato PDB)
  • PDB explicó
  • Valor de temperatura