Работа с PyMol | Наталья Ланина

1. Введение мутации в белок

Мутация вводилась в зону контакта белка 1LMP и лиганда (рисунок 1).

Рисунок 1. Структура белка 1LMP (изображена голубым цветом) с лигандом (изображен коричневым цветом).

Оценка зоны контакта

Для того, чтобы выбрать остаток, взаимодействуюзий с лигандами, были найдены атомы азота и кислорода, расстояние между которыми не превышает 3.5 Å (длину водородной связи):

remove resn HOH
select ligand, 1LMP and resn nag+ndg
select cont, 1LMP and not name C* within 3.5 of (ligand and not name C*)
select lcont, ligand and not name C* within 3.5 of (1LMP and not name C*)
select rcont, byres cont
distance bond, cont, lcont, 3.5

На рисунке 2 показаны остатки, обеспечивающие взаимодействия белка с лигандом.

Рисунок 2. Водородные связи между атомами азота и кислорода белка и лиганда.

Выберем один из остатков, например Asp 52 (рисунок 3.)

Рисунок 3. Остаток Asp 52, взаимодействующий с лигандом.

Средствами Wizard->Mutagenesis заменили данный остаток на глицин, получили структуру 1LMP_mut.pdb. На рисунке 4 показан остаток глицина в 52 положении и лиганд, видно, что взаимодействие пропало.

Рисунок 4. Остаток Gly 52 в новой структуре, не взаимодействующий с лигандом.

2. Создание анимационного ролика

Для создания ролика открываем структуры 1LMP и 1LMP_mut. Сначала переносим структуру 1LMP влево и выбираем остатки Gly52 и Asp52: <

select gly52, 1LMP and resi 52
select asp52, 1LMP_mut and resi 52
translate [-50,0,0], 1LMP

Далее создаем ролик, при этом используем следующие команды:

mset 1x420
frame 1
mview store
mview store, object=1LMP
mview store, object=1LMP_mut

#фокусируемся на остатке Gly 52
frame 30
zoom gly52
mview store
mview store, object=1LMP
mview store, object=1LMP_mut

...

#совмещаем белки
frame 220
translate [25,0,0], object=1LMP
translate [-25,0,0], object=1LMP
mview store
mview store, object=1LMP
mview store, object=1LMP_mut

...

mview interpolate, object=1LMP
mview reinterpolate

set ray_trace_frames,1
mpng 1LMP_mut

Если возникли проблемы с воспроизведением видео, его можно посмотреть на YouTube.

3. Присоединение флуоресцентной метки

Присоединим к белку 1LMP флуоресцентную метку TAMRA через сложноэфирную связь. Сначала скачаем метку (рисунок 5).

Рисунок 5. Изображение структуры флуоресцентной метки TAMRA.

Выберем остаток, содержащий гидроксильную группу, например, серин-37 (рисунок 6).

Рисунок 6. Выбранный для присоединения метки аминокислотный остаток Ser 37.

Присоединим метку к выбранному аминокислотному остатку. Так как в структуре метки все атомы углерода называются одинаково, сначала выбираем необходимый атом углерода вручную, назовем его tamrac. Для соединения белка и метки используем следующие команды:

select sero, 1LMP and resn 37 and name OG
fuse sero, tamrac

Сначала получаем связь с торсионным углом равным 64, при этом метка перекрывается с белком. Вручную поворачиваем метку так, чтобы перекрытий не возникало. Конечный торсионный угол составляет 14,5. Изображение полученного соединения белка с флуоресцентной меткой приведено на рисунке 7.

Рисунок 7. Выбранный для присоединения метки аминокислотный остаток Ser 37.

4. Построение поли-аланиновой альфа-спирали

Для построения полиаланиновой спирали был использован скрипт helix.py:

cmd.reinitialize()

phi = '-65'
psi = '-45'

cmd.fragment('ALA')

n=100

for i in range(2,n+1):
    cmd.do('edit i. %i and n. c' % i)
    cmd.do('editor.attach_amino_acid("pk1","ALA")')

for i in range(2,100):
    cmd.set_dihedral("i. %i & n. c"  % i,
                     "i. %i & n. n"  % (i+1),
                     "i. %i & n. ca" % (i+1),
                     "i. %i & n. c"  % (i+1), phi)
    cmd.set_dihedral("i. %i and n. n"  % i,
                     "i. %i and n. ca" % i,
                     "i. %i and n. c"  % i,
                     "i. %i and n. n"  % (i+1), psi)

cmd.remove('n. *h*')
cmd.save('helix.pdb')

Значения торсионных углов φ и ψ были приняты равными -65 и -45 соответственно. На рисунке 8 показана карта Рамачандрана для трипептида AlaAlaAla, взятая с сайта http://www.iop.vast.ac.vn/theor/conferences/smp/1st/kaminuma/UCSFComputerGraphicsLab/AAA.html

Рисунок 8. Карта Рамачандрана для трипептида AlaAlaAla.

В результате работы скрипта был получен файл helix.pdb. На рисунках 9-12 показана полученная спираль.

Рисунок 9. Изображение структуры полиаланиновой спирали.

Рисунок 10. Изображение структуры полиаланиновой спирали. Голубым пунктиром показаны водородные связи, обеспечивающиес структуру спирали. Также в формате cartoons показан ход спирали.

Рисунок 11. Поверхность полиаланиновой спирали. Голубым цветом показаны атомы углерода, синим - атомы азота, красным - атомы кислорода.

Рисунок 12. Структура спирали изнутри. Коричневым цветом показаны атомы углерода, синим - атомы азота, красным - атомы кислорода.

5. Построение структуры кубана

С помощью программы obgen была построена структура кубана.

$ echo C12C3C4C1C5C2C3C45 cubane > cubane.smi
$ obgen cubane.smi > cubane.mol

Полученный файл cubane.mol был открыт в программе PyMol. Полученное изображение структуры показано на рисунке 13.