Банк PDB и программа RasMol

Изучение пространственной структуры макромолекул Рентгеноструктурный анализ Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) PDB Анализ расшифрованных структур PDBsum SCOPCATH FSSP NPIDB PQS

Protein Data Bank Более записей (2008) 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)

Protein Data Bank Одна запись 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

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 JRNL TITL 5 SPECIFICITY AND BINDING AFFINITY JRNL REF J.BIOL.CHEM. V JRNL REFN ASTM JBCHA3 US ISSN REMARK 1

Формат PDB-файла 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

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 Остовная модель – изображаются условные линии, соединяющие Cα-атомы

Проволочная модель Наложение проволочной и шариковой моделей Остовная модель Визуализация молекулы белка Шариковая модель

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

RasMol: некоторые команды select выделяет множество restrict выделяет множество и стирает из графического окна всё остальное wireframe 50 добавляет к изображению в графическом окне проволочную модель выделенного множества с толщиной линий 50 wireframe off стирает из графического окна проволочную модель выделенного множества backbone 70 добавляет к изображению в графическом окне остовную модель выделенного множества с толщиной линий 70 cpk 200 добавляет к изображению в графическом окне шариковую модель выделенного множества с диаметром шариков 200 color окрашивает выделенное в указанный цвет (если эти атомы не были никак изображены, то цвета не будет видно, пока вы их не изобразите!)

RasMol: как задавать множество Один атом: Ser15:A.OG – атом OG из серина 15 цепи A Все атомы заданного остатка: 15:A Все атомы диапазона остатков: 10-28:A Все атомы цепи A: *:A Все Cα-атомы: *.CA

RasMol: как задавать множество Всё: all Ничего (пустое множество) none («restrict none» очищает графическое окно) Все атомы белка: protein Все атомы воды: water Все остовные атомы (белка, ДНК и РНК): backbone

Логические операторы для задания множеств Логическое «или» (объединение множеств) – запятая или or: 15:A,17:A,19:A – все атомы трёх остатков Логическое «и» (пересечение множеств) –and: ser and *:A – все атомы всех серинов из цепи A Логическое «не» (дополнение к множеству) – not: not protein – все небелковые атомы

Комбинации операторов *:B and (*.CA,*.CB) dna and not backbone (leu,met,val,ile) and *:1 and backbone not (protein,dna,water) И Т.П.

Оператор within within(4.5,dna) множество всех атомов, расположенных ближе 4,5 Å от ДНК ser and within(5.0,dna and backbone) множество всех атомов серина, расположенных ближе 5 Å от остова ДНК Выполнение команд: select water and within(3.9,ser15:a.og) cpk 200 выведет в графическое окно в виде шариков диаметром 200 все атомы воды, находящиеся ближе 3,9 Å от данного атома

Упражнение Документ PDB содержит описание структуры, состоящей из белка, фрагмента ДНК и молекул воды. Какое множество станет выделенным, если выполнить следующие команды ? select protein or dna select protein and dna select not water select within(3.5, hıs) select within(3.5, hıs) and water

Цвет После команды color может стоять: –словесное обозначение цвета (red, green, white, black, cyan, redorange, etc…) –численное значение цвета в системе RGB, например, [80,80,255] –слово cpk, означающее раскраску по типу атомов –chain, structure, model, temperature

Экспорт файлов Команда save h:\rasmol\my.pdb создаст файл «my.pdb» в директории H:\rasmol, содержащий координаты атомов выделенного множества в PDB-формате Из меню Export графического окна можно сохранить текущее изображение. То же (в формате GIF) можно сделать командой write h:\rasmol\picture.gif

Где посмотреть список команд? В графическом окне в меню Help вызвать User Manual, а в нём – Command Reference Как сохранить последовательность команд, приведшую к хорошему изображению? К сожалению, никак. Можно переписать команды в текстовый файл и тогда их все разом можно будет исполнить командой: script h:\rasmol\myscript.txt (если файл называется myscript.txt и находится в папке rasmol на диске H)