In [31]:
display(i[0], i[1])
# загрузить картинки, чтобы потом быстро их вызывать
i = []
for x in range(1, 13):
itmp = (Image(filename="3_" + str(x) + ".png"))
i.append(itmp)
Была найдена аннотация порфирина в виде SMILES и записана в файл .smi. На основе этого описания была построена 3D структура порфирина. Чтобы не удалять ненужные водороды, я нашла такую запись SMILES, при которой этих водородов просто не было. Cтруктура получилась абсолютно плоской (рисунки 1 и 2):
C1(=C2(C=C5(C=CC(C=C4(C=CC(=CC3(C=CC(=CC(=C1)N2)N=3))N4))=N5)))
Команды:
obgen 1.smi > 1.mol
pymol -c pdb.pml pdb.pml:
load 1.mol
save 1.pdbdisplay(i[0], i[1])
Полученный файл был отформатирован для Mopac (параметризация pm6) и обработан. Аналогично было проделано с параметризацией AM1. Оба файла были переформатированы в pdb:
babel -ipdb 1.pdb -omop pm6_opt.mop -xk "PM6"
MOPAC2009.exe pm6_opt.mop
babel -imopout pm6_opt.out -opdb pm6_opt.pdb
babel -ipdb 1.pdb -omop am1_opt.mop -xk "AM1"
MOPAC2009.exe am1_opt.mop
babel -imopout am1_opt.out -opdb am1_opt.pdbСтруктуры, полученные в Mopac с параметризацией AM1 и PM6, абсолютно идентичны и так же, как и первая структура (obgen), плоские. Результат pm6 показан циановым, AM1 - маджентой.
display(i[2], i[3])
Однако эти структуры (на рисунке 5 выбрана pm6, циановый) не совпадают с полученной с помощью obgen (серый). В результатах Mopac атомы азота образуют практически квадрат (диагонали 4.1 и 4.2 А) , в то время как после obgen соответствующие диагонали равны 3.9 и 4.3. То есть вся структура "сжата" по прямой, соединяющей азоты без водородов. Особенно эта разница заметна в участках, отмеченных стрелками.
display(i[4])
Для того, чтобы оценить спектр поглощения молекулы порфирина, с помощью Mopac были расчитанны ее возбужденные состояния. В конце файла pm6_opt.mop было добавлено соответствующее указание, полученный файл был обработан Mopac.
Были получены энергии электронных переходов. Согласно формуле \(\lambda = \frac{hc}{E}\) были рассчитаны соответствующие длины волн.
STATE ENERGY LENGTH
ABSOLUTE (nm)
1+ 0.000000
2 1.914851 647.487
3 2.267603 546.763
4 2.464674 503.045
5 2.827536 438.488
6 3.365651 368.381
7 3.392799 365.433
8 3.669186 337.907
9 3.872298 320.182
The "+" symbol indicates the root used.Аналогично порфирину была определена геометрия молекулы парабензохинона с помощью obgen и Mopac (параметризация PM6).
O=C1C=CC(=O)C=C1
В структуре, полученной с помощью obgen (серый), длины С-С связей несколько короче, чем в структуре MOPAC (циановый).
display(i[6], i[7])
Затем в файле 2_opt.mop был вручную явно указан заряд и на каких атомах он должен находиться:
PM6 CHARGE=-2
2.pdb
C 2.20500 1 0.10000 1 -0.12400 1
C 2.94100 1 1.36500 1 0.07100 1
C 4.23300 1 1.37000 1 0.41300 1
C 4.98000 1 0.11300 1 0.61000 1
C 4.24400 1 -1.15200 1 0.41500 1
C 2.95200 1 -1.15900 1 0.07300 1
O(-) 1.02300 1 0.09400 1 -0.43700 1
O(-) 6.16200 1 0.11800 1 0.92400 1
H 2.37900 1 2.27800 1 -0.07800 1
H 4.78800 1 2.29000 1 0.56000 1
H 4.80700 1 -2.06600 1 0.56300 1
H 2.39800 1 -2.07700 1 -0.07400 1 Полученный файл был обработан MOPAC. При сравнении структуры без заряда (циановый) и с зарядом (маджента) видно, что в первой длины связей С-С несколько больше, а С-О - меньше, чем во второй. Обе структуры плоские.
display(i[8])
Имея в качеcтве исходных данных структуру тиминового димера, надо увидеть переход димера в тимины и изменение энергии при этом переходе. Для этого надо: * оптимизировать геометрию димера с зарядом 0; * оптимизировать геометрию полученной структуры с зарядом +2; * оптимизировать геометрию полученной структуры с зарядом 0.
Это и было проделано. Как видно из pdb-структур, димер действительно превращается в отдельные тимины:
display(i[9], i[10], i[11])
Значения энергий для трех состояний:
TOTAL ENERGY
I -3273.58217 EV
II -3253.90834 EV
III -3273.69661 EVОбратного перехода не происходит, так как энергия последнего состояния меньше энергии первого.
Дана структура связывания АТР с аспартатом белка через магний, но магния в структуре нет. Надо определить его расположение. Сначала добавим водороды при обычном внутриклеточном pH:
babel -ipdb test.pdb -p 7.4 -opdb test_hydro.pdbПосле этого был добавлен ион магния (как копия гамма-фосфора АТР, сдвинутое в середину отрезка между гамма-фосфатом и альфа-углеродом аспартата). Полученные данные были переведены в mop и xyzL
babel -ipdb test_hydro.pdb -omop mg.mop -xk "PM6"
babel -ipdb test_hydro.pdb -oxyz mg.xyzПосле определения с помощью Pymol, каким атомам надо разрешить двигаться, остальные были "заморожены" соответствующим указанием в mop файле; были добавлены заряды. В структуре, полученной с помощью MOPAC, атом магния координируется только двумя фосфатами и аспартатом, вода же куда-то "улетела". При сравнении ее с соответствующим участком 3pp1 после pair_fit видно, что (кроме воды) и гамма-фосфат, и атом магния смещены, причем фосфат даже повернут в другую сторону относительно всей остальной структуры. И хотя магний расположен менее чем в ангстреме от своей настоящей позиции, можно сделать вывод, что координируется он совершенно другими атомами. В 3pp1 (рисунок ниже, серая структура) это кислороды всех фосфатов, аспартат и вода; по мнению MOPAC (зеленая) - бета- и альфа-фосфаты и аспартат. Соответственно, результат работы MOPAC неверен (либо что-то пошло не так).
display(test, mg)
