15.12.2014г. Лицей 1568

3D визуализация биологических молекул

Структура и химические свойства белков и нуклеиновых кислот

Программы визуализации биомолекул

Визуализация ДНК-белкового комплекса

Ведущий преподаватель - Замараев Алексей Владимирович, ФФМ МГУ

Если размотать ДНК всех клеток вашего тела, то они растянутся на расстояние в 16 миллиардов километров - это примерно равно расстоянию от Земли до Плутона и обратно.

Нуклеотид

Водородные связи

В 1869 году Фридрих Мишер открыл ДНК.Вначале новое вещество получило названиенуклеин, а позже, когда Мишер определил,что это «вещество» обладает кислотнымисвойствами, вещество получило названиенуклеиновая кислота

Структура двойной спирали ДНК былапредложена Френсисом Криком иДжеймсом Уотсоном в 1953 году наосновании рентгеноструктурных данных,полученных Морисом Уилкинсом иРозалинд Франклин, и «правил Чаргаффа»

Работа отмечена Нобелевской премией по

физиологии или медицине 1962 г

Белки́ — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью

Программы для визуализации биомолекул

• Rasmol (http://rasmol.org/)

• Cn3D(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/CN3Dcn3dinstall.shtml)

• Swiss PDB Viewer(http://spdbv.vital-it.ch/)

• PyMol(http://www.pymol.org/)

• Jmol (web)

RasMol

Первые пространственные структуры белков были получены

уже в 1950-1960 годах

http://www.rcsb.org/

Исходные данные длявизуализации — списокатомов с координатамиих центров (в некоторойсистеме координат)

Открыть \Data\1crn.pdb

Модели:

Проволочная модель — ковалентные связи между атомами изображаются линиями, соединяющими их центры. RasMol, как правило, определяет наличие ковалентных связей по расстоянию между центрами атомов. (Каркас, Связи)

Каркас Связи

Команда: wireframe

Шарнирная модель — атомы изображаются шариками, а связи представлены проволочной моделью.

Атомы и Связи

Команда: cpk and wireframe

Остовная модель — изображаются условные линии, соединяющие Cα-атомы (Скелет).

Связи

Команда: backbone

Ca атом

Команды RasmolЛевая кнопка мыши— вращение по оси Х, Y

Shift + правая кнопка мыши— вращение по оси Z

Правая кнопка мыши— перемещение по оси Х, Y

Shift + левая кнопка мыши— зум

y

x

z

select <множество> - выделяет множествоrestrict <множество> - выделяет множество и стирает из графического окна всё остальноеdefine <имя> <множество> - определяет имя множества

Как задавать множествоВсе атомы цепи R: *:R Все атомы всех серинов всех белков Ser*Все Cα-атомы: *.CA Все атомы заданного остатка: 15:RВсе атомы диапазона остатков: 10-28:R Один атом: Ser15:R.OG — атом OG из серина 15 цепи R

Всё - all Ничего (пустое множество) - none ("restrict none" очищает графическое окно) Все атомы белка, ДНК - protein , DNAВсе атомы воды - water Все остовные атомы (белка, ДНК ) - backbone

Логические операторы

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" ser and not *A— все серины кроме серинов цепи А

15

17

19

or

Ser *A

and

Ser *A

and not

Что мы увидим

Примеры комбинаций операторовSelect protein or dnaSelect protein and dnaSelect not waterSelect *:B and (*.CA,*.CB) Select dna and not backbone Select (leu,met,val,ile) and *:Z and backbone Select not (protein,dna,water)

Цвета и подписиЦвет любого множества задается командой colorПосле команды color может стоять: • словесное обозначение цвета (red, green, white, black, cyan, redorange,

brown, grey) • слово "cpk", означающее раскраску по типу атомов • также возможна раскраска по "chain", "structure", "model”*Изменение цвета фона - background <цвет>

Подпись атома:Select <множество>label ‘название’автоматическая подпись всех атомов серина – label ser1изменение размера шрифта - set fontsize <число>

Информация о структуреshow information - показывает статистику по молекулеshow sequence - показывает последовательности

Оператор "within"

within(4.0,dna) множество всех атомов, расположенных ближе 4,0 Å от ДНК (1 ангстрем = 1.0 × 10-10 метра)

ser and within(5.0,dna and backbone) множество всех атомов серина, расположенных ближе 5 Å от остова ДНК

в 1 000 000 000 меньше!

= 1 Å10 -10 10 -1м м

Открыть \Data\1crn.pdb

Команда: restrict none, select protein, backbone 50, restrict helix

Команда: restrict none, select protein, backbone 50, restrict sheet

Команда: show information

Альфа-спирали Бета-слои

Белок

ДНК

Изучение ДНК-белковоговзаимодействия

Взаимодействие глутамина 17 с кислородом фосфогруппы аденина 5

Restrict noneBackground whiteSelect dna and not backboneCpk 70Wireframe 40Color greySelect dna and backbone Cpk 70Wireframe 40Color brownShow sequenceSelect *RCpk 80Wireframe 40Color orangeSelect within(5.0, dna and backbone) and *RColor redНаходим аминоскилоту

Restrict dnaSelect *RCartoon 40Select gln17:RCpk 80Wireframe 40Color cpkНаходим нуклеотидSelect A5:ACpk 80Wireframe 40Color cpkSelect gln17:R.ne2Label ‘GLN17.N’Select a5:A.o1pLabel ‘A5.O’distance

I II

Изображение в Pymol

O=O

Restrict noneBackground whiteSelect *A or hemCpk 80Wireframe 40Color cpkВыбираем ГЕМRestrict hem285Select within(5.0, hem285) and *ACpk 80Wireframe 40Color cpkВыбираем 2 Гистидина и находим №

Restrict hem285Select *ACartoon 40Color greySelect 58:A or 87:ACpk 80Wireframe 40Color cpkSelect hem285.feLabel ‘Fe’Set picking monitor (*6)Сначала лев. кн. мыши нажимаем на Fe, потом на атом азота4 азота в порфириновом кольце и 2 азота в альфа цепи

I II

Спасибо за внимание!