Занятие PDB&RasMol, первый семестр, 2009, А.Б.Рахманинова (использованы материалы С.А.Спирина, 2008)

Основные этапы расшифровки 3D-структуры I. Эксперимент

Основные этапы расшифровки 3D-структуры II. Вычисления и моделирование ATOM 188 N LYS A ATOM 189 CA LYS A ATOM 190 C LYS A ATOM 191 O LYS A ATOM 192 CB LYS A ATOM 193 CG LYS A ATOM 194 CD LYS A ATOM 195 CE LYS A ATOM 196 NZ LYS A ATOM 197 N GLY A ATOM 198 CA GLY A ATOM 199 C GLY A ATOM 200 O GLY A ATOM 201 N LEU A ATOM 202 CA LEU A ATOM 203 C LEU A ATOM 204 O LEU A ATOM 205 CB LEU A ATOM 206 CG LEU A ATOM 207 CD1 LEU A ATOM 208 CD2 LEU A GLY A LEU A LEU A LEU A LEU A LEU A LEU A LEU A

Основные этапы расшифровки 3D-структуры И наконец ATOM 188 N LYS A ATOM 189 CA LYS A ATOM 190 C LYS A ATOM 191 O LYS A ATOM 192 CB LYS A ATOM 193 CG LYS A ATOM 194 CD LYS A ATOM 195 CE LYS A ATOM 196 NZ LYS A ATOM 197 N GLY A ATOM 198 CA GLY A ATOM 199 C GLY A ATOM 200 O GLY A ATOM 201 N LEU A ATOM 202 CA LEU A ATOM 203 C LEU A ATOM 204 O LEU A ATOM 205 CB LEU A ATOM 206 CG LEU A ATOM 207 CD1 LEU A ATOM 208 CD2 LEU A Программы для визуализации и анализа 3D RasMol, PyMol, SPDBViewer, WebMol,

Брукхейвенский банк пространственных структур (PDB)

Protein Data Bank Одна запись (документ) соответствует одному эксперименту по определению пространственной структуры макромолекулы или комплекса молекул Архивный банк – за содержание записи отвечают авторы соответствующей работы Совместно поддерживается университетом Rutgers (штат Нью- Джерси); EBI (Англия) и BIRD (Institute for Bioinformatics Research and Development, Япония) Адреса в Интернете: Сайты снабжены поисковыми системами Все записи открыты для копирования через FTP

Немного статистики Что хранится в PDB?

ОбъектБанк Всего последовательностей Не совпадающих последовательностей 3D-структуры белков PDB аминокислотные последовательности UniProt нуклеотидные последовательности EMBL Для сравнения

Идентификатор записи (PDB ID, PDB-код) вида 1XYZ (цифра и три буквы/цифры) например: 1B8I, 9ANT, 10MH Каждая запись содержит координаты центров атомов (в некоторой произвольной системе координат) и сопровождающую информацию Каждая запись есть текстовый файл специального формата (PDB-формат) Запись PDB

Формат PDB-файла HEADER COMPLEX (DNA-BINDING PROTEIN/DNA) 27-APR-97 1WET TITLE STRUCTURE OF THE PURR-GUANINE-PURF OPERATOR COMPLEX COMPND MOL_ID: 1; COMPND 2 MOLECULE: PURINE REPRESSOR-GUANINE-PURF-OPERATOR; COMPND 3 CHAIN: A; COMPND 4 MOL_ID: 2; COMPND 5 MOLECULE: DNA (AACGAAAACGTTTTCGT); COMPND 6 CHAIN: B; COMPND 7 ENGINEERED: YES; COMPND 8 BIOLOGICAL_UNIT: HOMODIMER SOURCE MOL_ID: 1; SOURCE 2 ORGANISM_SCIENTIFIC: ESCHERICHIA COLI; SOURCE 3 MOL_ID: 2; SOURCE 4 SYNTHETIC: YES KEYWDS DNA-BINDING REGULATORY PROTEIN, REPRESSOR, KEYWDS 2 COMPLEX (DNA-BINDING PROTEIN/DNA) EXPDTA X-RAY DIFFRACTION AUTHOR M.A.SCHUMACHER,A.GLASFELD,H.ZALKIN,R.G.BRENNAN REVDAT 1 12-NOV-97 1WET 0 JRNL AUTH M.A.SCHUMACHER,A.GLASFELD,H.ZALKIN,R.G.BRENNAN JRNL TITL THE X-RAY STRUCTURE OF THE PURR-GUANINE-PURF JRNL TITL 2 OPERATOR COMPLEX REVEALS THE CONTRIBUTIONS OF JRNL TITL 3 COMPLEMENTARY ELECTROSTATIC SURFACES AND A JRNL TITL 4 WATER-MEDIATED HYDROGEN BOND TO COREPRESSOR

ATOM 1 N THR A N ATOM 2 CA THR A C ATOM 3 C THR A C ATOM 4 O THR A O ATOM 5 CB THR A C ATOM 6 OG1 THR A O ATOM 7 CG2 THR A C ATOM 8 N ILE A N ATOM 9 CA ILE A C ATOM 10 C ILE A C ATOM 11 O ILE A O ATOM 12 CB ILE A C ATOM 13 CG1 ILE A C ATOM 14 CG2 ILE A C ATOM 15 CD1 ILE A C ATOM 16 N LYS A N ATOM 17 CA LYS A C ATOM 18 C LYS A C ATOM 19 O LYS A O ATOM 20 CB LYS A C ATOM 21 CG LYS A C ATOM 22 CD LYS A C ATOM 23 CE LYS A C ATOM 24 NZ LYS A N ATOM 25 N ASP A N Формат PDB-файла

RasMol ab initio rasmol.org/

Программы работы с 3D-структурами RasMol (визуализация, подготовка изображений и простейший анализ) PyMol (визуализация, качественная подготовка изображений, больше средств анализа) SwissPDBviewer или DeepView (анализ и сравнение структур; визуализация уступает RasMol и PyMOL)

RasmoL Удовлетворительная визуализация; достаточный для большинства потребностей спектр средств анализа Последняя версия Несложен для освоения, обладает хорошей внутренней логикой Доступен на сайте

Визуализация молекулы белка Проволочная модель – ковалентные связи между атомами изображаются линиями, соединяющими их центры. Шариковая модель – атомы изображаются шариками, по умолчанию радиусы шариков пропорциональны радиусам Ван-дер-Ваальса атомов. Остовная модель – изображаются условные линии, соединяющие Cα-атомы. Проволочная модель Шариковая модель Остовная модель Шарнирная модель ( наложение проволочной и шариковой )

RasMol : основные принципы Работа идёт в двух окнах: графическом и командном. В каждый момент работы имеется некоторое выделенное множество атомов. Все действия производятся с этим множеством. Каждому действию соответствует команда, набираемая в командном окне

backbone – остовная модель wireframe – проволочная модель spacefill – шариковая модель rıbbons – ленточная модель color – цвет задается словом (red) или RGB-кодом [255,0,0] background – цвет фона Команды для изменения изображения Любая команда относится только ко множеству выделенных атомов!

ser70:А.СА – Cα атом серина 70 в цепи А ser70:A.С? – все атомы углерода в Ser70 цепи А *.СА – Cα атомы всех остатков ser:А – все атомы всех серинов в цепи А Ser – все атомы всех серинов *А – все атомы цепи А Предопределенные множества атомов: all, protein, dna, rna, water, oxygen, nitrogen, carbon, hydrogen, sulfur, iron, phosphorus Синтаксис обращения к атомам (atom expressions)

select – выделить множество (и ничего не делать с графическим окном) ( примеры: select ser70:A, select 70,27,156, select 10-27) restrict – ограничиться множеством (=выделить и стереть всё остальное из графич. окна) (примеры: restrict ser70:A, restrict 10-27, restrict none) define – создание нового множества, к которому можно обратиться по имени (пример: define importantAAs 124:A, 178:A, 235:A select importantAA color red ) Основные команды обращения ко множествам атомов

1. Логические операторы AND, OR, NOT Операция OR может быть записана как ",". Упражнение Документ PDB содержит описание структуры, состоящей из белка, фрагмента ДНК и молекул воды. Что получится, если задать следующие команды ? select protein or dna select protein and dna select not water 2. Оператор WITHIN(...) select within(3.5, hıs) select within(3.5, hıs) and water Операции над множествами

Команда относится только ко всему множеству выделенных атомов! label { }, по умолчанию =%n%r:%c.%a, где %n - имя остатка, %r - номер остатка, %c -идентификатор цепи, %a - имя атома. label off backbone off..... Создание подписей и ластики

zap – начать все заново load – загрузить файл с координатами атомов save – сохранить список выделенных атомов в формате PDB пример:save h:\rasmol\my.pdb write – сохранить картинку в формате GIF пример: write h:\rasmol\picture.gif write script – создать скрипт-файл, к сожалению, такие скрипты неудобны в работе, впрочем, можете попробовать… script – ввод команд RasMol из текстового файла Ввод данных и сохранение результатов

Лучшие подсказки см. в самой программе!!