La cristalografía de Rayos X no puede resolver las posiciones de los átomos de hidrógeno en la mayoría de los cristales, de manera que casi todos los archivos PDB carecen de átomos de hidrógeno.Algunas veces los hidrógenos se añaden mediante modelaje. Los hidrógenos se encuentran siempre presentes en cambio en los archivos PDB obtenidos por análisis RMN. También suelen estar presentes en los modelos teóricos. Para una breve Intrpducción a la cristalografía de rayos X, resolución, y RMN, vea Características de los datos estructurales 3D.
En proteínas reales, el número medio de hidrógenos/ átomo no-hidrógeno, calculado teniendo en cuenta las frecuencias de los aminoácidos, es 1.01. La cristalografía de proteínas de alta resolución (1.2 Angstroms o menos) permite asignar algunas posiciones para átomos de hidrógeno a partir de los mapas de densidad electrónica. Así por ejemplo, el modelo rayos del dominio SH2 de la tirosina quinasa 1lkk a 1.0 Angstrom de resolución contiene 902 hidrógenos y 923 átomos no-hidrógeno de la proteína (relación 0.98), es decir que esencialmente todos los hidrógenos presentes en la molécula tienen posiciones asignadas. Los métodos de
RMN también determinan algunas posiciones. Típicamente, todos los hidrógenos se modelan para que la molécula plegada se ajuste a las restricciones en las distancias interatómicas impuestas por los datos de RMN; por tanto, todos los hidrógenos se encuentran habitualmente presentes en los modelos que se envían al PDB. El conjunto de 25 modelos de RMN de la calmodulina 1cfc contiene 1096 hidrógenos de la proteína y 1166 átomos-no hidrógeno de la proteína por modelo (relación 0.94), es decir asignando posiciones para prácticamente todos los hidrógenos presentes.
La mayor parte de los cristales de macromoléculas no proporcionan suficiente resolución para determinar las posiciones de los hidrógenos. El modelo obtenido por rayos X presente en el archivo PDB 1hho para oxyhemoglobina (resolución a 2.1 A ) no contiene hidrógenos, mientras que el archivo de PDB de rayos X 1lfa (resolución 1.8 A; dominio de una integrina de adhesion)contiene 312 moléculas de agua cada una con dos hidrógenos, y 645 hidrógenos proteicos respecto a 2.941 átomos proteicos no-hidrógenos representando solo el 22% de los hidrógenos presentes realmente en esta proteína. Los hidrógenos proteicos corresponden a un hidrógeno por cada nitrógeno del enlace peptídico (tres hidrógenos en el nitrógeno amino terminal), y hidrógenos de las cadenas laterales con oxígenos o nitrógenos( ser,thr,tyr, lys,arg,his, asn,gln) (No hay ningún hidrógeno unido covalentemente a los carbonos) Los hidrógenos presentes se requieren para ajustar los refinamientos dinámicos de los modelos de rayos X que utiliza el popular programa cristalográfico X-PLOR; algunos autores los eliminan antes de enviar el archivo PDB mientras otros los dejan. (El Protein Data Bank acepta modelos cristalográficos de rayos X de ambos tipos, según las preferencias del que deposita el archivo)
Añadir hidrógenos
Si desea añadir hidrógenos a un archivo PDB, puede hacerlo conectando con el formulario web WHAT IF (ofrecido por grupo WHAT IF del EMBL). Haga click en hidrógenos (Bonds), a continuación añada Protones a la estructura, y envíe el código PDB o el archivo PDB que le interese. Cuando diga "please wait", espere hasta que aparece el botón [Results]. Haga Click en [Results], a continuación haga click en hadded.pdb. Asumiendo que Ud. tenga Chime instalado en su ordenador, se visualizará la estructura correspondiente al nuevo archivo PDB. Haga click en MDL para desplegar el Menú de Chime y utilize la opción "File, Save Molecule As" para salvar el nuevo archivo PDB en su disco duro. Este sistema no añade hidrógenos al agua.
La proporción media de hidrógenos proteicos respecto a átomos proteicos no hidrógeno, pesado según frecuencias de aminoácidos, está calculada a partir de 1.021 proteínas no relacionadas de secuencia conocida. Los pesos están tabulados en la página 5 en el libro de Thomas E. Creighton's "Proteins, Structures and Molecular Properties", 2nd ed. 1993, W. H. Freeman and Co.
Gracias a John Badger por su contribución a una parte importante de la información contenida en este documento.