2. Работа в Pymol

from IPython.display import Image, display

import __main__
__main__.pymol_argv = [ 'pymol', '-x' ]

import pymol

pymol.finish_launching()
from pymol import cmd,stored

1. Нужно изменить структуру белка 1LMP с помощью инструмента Sculpting.

cmd.fetch("1LMP")

'1LMP'

cmd.png('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/3.png')

Исходная стрруктура

Image(filename='C:/Users/Nastya/Desktop/mm/3.png')

cmd.png('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/4.png')

На картинке ниже растянута альфа-спираль.

Image(filename='C:/Users/Nastya/Desktop/mm/4.png')

1. В данном задании необходимо внести такую одиночную мутацию в белке, которая повлияла бы на взаимодействие белка с лигандом

cmd.reinitialize()
cmd.fetch("1LMP")
cmd.do('''fetch 1lmp
bg white
remove resn hoh
set ray_trace_mode, 1
select ligand, het
color grey80, backbone
color green, elem C* and ligand
''')

cmd.png('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/5.png')

Лиганд показан зеленым.

Image(filename='C:/Users/Nastya/Desktop/mm/5.png')

cmd.do('''select site, byres all within 5 of ligand
show sticks, site
set cartoon_side_chain_helper, 1
orient ligand
set cartoon_transparency, 0.5
''')

Выбрали остатки, находящиеся на расстоянии 5 Ангстрем от лиганда (фиолетовым на картинке). По данным литературы (https://www.creative-enzymes.com/similar/lysozyme_426.html), ключевыми остатками активного сайта являются Glu35 и Asp52. Промутируем Glu35 (оранжевый), заменив его на аланин. Протон Glu35 переносится на атом О гликозидной связи между двумя соседними остатками сахара, что приводит к разрыву гликозидной связи и образованию карбениевого иона. На рисунке показана соответствующая водородная связь.

cmd.png('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/6.png')

Image(filename='C:/Users/Nastya/Desktop/mm/6.png')

cmd.delete("n. dist*")
cmd.hide("labels")

cmd.wizard("mutagenesis")
cmd.do("refresh_wizard")

cmd.get_wizard().set_mode("ALA")
cmd.get_wizard().do_select("i. 35 and chain A")
cmd.frame(1)
cmd.get_wizard().apply()
cmd.set_wizard("done")

cmd.png('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/7.png')

Image(filename='C:/Users/Nastya/Desktop/mm/7.png')

Замена приводит к утрате водородной связи. Каталитический механизм в активном центре белка нарушается, это критично для нормального функционирования активного центра.

1. Создание анимационного ролика

В этом задании требовалось совместить нативную и мутированную формы белка и создать анимацию.

cmd.fetch('1lmp', 'untouched')
cmd.remove('solvent')
cmd.do('''
select (not hetatm) and untouched
color orange, sele and n. C*
color magenta, sele and n. O*
color marine, sele and n. N*
''')
cmd.set('cartoon_color', 'brightorange' , '(not hetatm) and untouched')

cmd.do('''
util.cbac hetatm
show sticks, i. 35
util.cnc untouched and i. 35
''')
cmd.super('1LMP', 'untouched')

(0.0, 991, 1, 0.0032878585625439882, 995, 631.9436645507812, 129)

cmd.do('''
mset 1 x 100
mview store
frame 1
translate [0,0,60], object=1LMP
translate [0,0,-60], object=prev
mview store
frame 50
translate [0,0,-60], object=1LMP
translate [0,0,60], object=prev
mview store, object=1LMP
mview store, object=prev
mview store
mview interpolate, object=1LMP
mview interpolate, object=prev
frame 100
translate [0,0,0], object=1LMP
translate [0,0,0], object=prev
mview store, object=1LMP
mview store, object=prev
mview store
orient (i. 35 and chain A and 1LMP) + (chain B and r. NDG)
select i. 35 + (chain B and r. NDG)
zoom 0.9, sele
mview store, object=1LMP
mview store, object=prev
mview store
frame 1
mplay
''')

Оранжевая - нативная форма, серая - мутированная.

display(Image("C:/Users/Nastya/Desktop/mm/8.gif", format='png'))

1. Требовалось присоединить флуоресцентную метку TAMRA к белку через сложноэфирную связь.

cmd.reinitialize()
cmd.do('''
fetch 1LMP, async=0
as lines, n. C+O+N+CA''')
cmd.load('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/TAMRA.sdf')

cmd.do('''bg_color white
''')

Посмотрим на то, как выглядит молекула.

Image('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/TAMRA.png')

В структуре молекулы есть две карбоксильные группы, значит, нужно цеплять за серин или треонин. Для этого я выбрала THR89.

cmd.do('''
extract tamra_mod, (TAMRA and id 2) or (TAMRA and id 54)
select tamra29, TAMRA and id 29
show sticks, 1LMP and resi 89
select protein_mod, 1LMP and resi 89 and name OG1
fuse tamra29, protein_mod
pick pkbond
torsion 200
zoom protein_mod
''')

Image('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/9.png')

1. Требовалось построить поли-аланиновую альфа-спираль длинной 100 аминкислот.

cmd.reinitialize()
cmd.bg_color('white')
phi = -60
psi = -45
cmd.fragment('ala')
acid = 'ala'
for i in range (2,101):
    cmd.edit("i. %i & n. C" % i)
    cmd.do('editor.attach_amino_acid("pk1", "%s")' % acid)
    cmd.set_dihedral("i. %i & n. N" % i, "i. %i & n. CA" % i,
                    "i. %i & n. C" % i, "i. %i & n.  N" % (i+1),
                     phi)
    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),
                     psi)

cmd.do('''set ray_trace_mode, 1
ray''')

Image('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/10.png')

1. Требовалось построить B-форму млекулы ДНК длиной 100 пар нуклеотидов.

Берем за модель известную структуру ДНК (1BNA), с помощью команды get_object_matrix получаем матрицу трансформации i-й пары в i+1. Размножаем пару оснований 100 раз, вращая и сдвигая по матрице.

cmd.reinitialize()
cmd.bg_color('white')
dna_length = 101
cmd.fetch('1bna', 'start')
cmd.show('spheres')
cmd.remove('resn HOH')

cmd.create('AT', 'c. B and i. 20 + c. A and i. 5') 
cmd.create('GC', 'c. B and i. 21 + c. A and i. 4') 
cmd.create('1', 'AT')
cmd.pair_fit('AT', 'GC')
trans = cmd.get_object_matrix('AT')
for i in range(2, dna_length):
    cmd.create('{0}'.format(i), '{0}'.format(i-1))
    cmd.transform_selection('{0}'.format(i), trans)

Image('C:/Users/Nastya/Desktop/mm/11.png')