Program de vizualizare off-line a proteinelor si a interactiunii ligand - proteina

Molegro Molecular Viewer (MMV)

Molegro Molecular Viewer - aplicatie pentru studiul si analiza interactiunii dintre

liganzi si proteine (macromolecule).

Programul permite deschiderea fisierelor cu extensia “pdb”, salvate din

baza de date RCSB Protein Data Bank (rcsb.org/pdb).

Fisierele proteinei de interes se descarca de pe site-ul (rcsb.org), din pe pagina

dedicate proteinei respective.

Pentru deschiderea fisierului unei proteine se foloseste comanda “import”

MMV se bazeaza pe notiunea de "workspaces".

Un "spatiu de lucru" poate fi salvat, curatat, inlocuit sau lipit la alte "spatii de lucru".

Molegro Molecular Viewer toolbar:

- usureaza accesul la actiunile uzuale de vizualizare a unor molecule.

Import molecule

Fit to screen Screen capture

Visualization settings

Hydrogens On/Off Label dialog

Search

Fereastra Workspace Explorer: contine informatii despre:

- molecule (proteine, liganzi, moleculele de apa)

- etichete (labels),

- suprafete,

- scheletul proteinei (backbones),

- cavitati

Butonul dreapta al mouse-ului (context menu) permite:

Exportul moleculei (format PDB, Mol2, SDF)

Editare in fereastra Workspace Properties

Redenumirea moleculei

Eliminarea unor elemente din fereastra activa

Clonarea ligandului sau a proteinei (copy)

Convertirea proteinei la ligand

Prepararea de molecule

Crearea de etichete, suprafete si schelete (backbones)

Fitarea moleculei in Visualization Window

Fereastra Workspace Explorer poate fi folosita pentru a inspecta molecula in

Visualization Window (click pe molecula de interes)

Properties Window contine informatii despre

obiectele selectate in Visualization Window

Visualization Window: pentru vizualizarea de

proteine, liganzi,

suprafete, cavitati,

molecule de apa (doar oxigen),

etichete, notatii,

scheletul proteinei,

legaturi de hidrogen, ...

Modificarea modului de afisare se face activand “Visualization settings”: - stilul si culoarea moleculelor, - rendering options, - legaturile de hydrogen, - interactiunile electrostatice

“Ball and Stick”: atomii sunt sfere iar legaturile sunt reprezentate ca cilindrii.

”Atom Scale” seteaza fractia razei Van der Waals care este folosita ca raza a

sferelor.

“Bond Scale” este diametrul legaturii in Angstrom

Reprezentarea “Ball-and-stick” este folosita pentru prepararea liganzilor: legatura

vizualizata indica ordinul legaturii, culoarea ne spune daca legatura este rigida (brown

or red) sau flexibila (green).

“Style and color”: moleculele pot fi reprezentate ca

- ball-and-sticks,

- sticks,

- space-fill (CPK),

- wireframe

“Stick”: legaturile sunt figurate ca cilindrii.

“Bond Scale” este diametrul legaturii in Angstrom

“Spacefill (CPK)”. Atomii sunt figurati ca sfere. Legaturile nu sunt vizualizate

“Atom Scale” seteaza fractia razei Van der Waals care este folosita ca raza a

sferelor.

“Wireframe” cel mai rapid mod de desenare a moleculelor: legaturile sunt fogurate ca

linii intre atomi. Atomii nu sunt figurati (dar este posibil sa fie selectati). Toate legaturile

sunt desenate cu o singura linie indifferent daca sunt duble, simple sau delocalizate.

Setari “coloring styles” ce pot fi aplicate tuturor moleculelor

Fixed Color

Color By Element (CPK)

Color By Id (or Chain)

Color By Id (carbons only)

Color By Hydrogen Bond Type (rosu = donori, verde = acceptori, galben = atomi

capabili si sa doneze si sa accepte atomi de hidrogen).

Color By Partial Charge (albastru = pozitiv, rosu = negativ)

Setari “coloring styles” ce pot fi aplicate numai proteinelor

Color By Temperature (B-Factor) (albastru = Tmin, rosu = Tmax) factorul B

(Temperatura) indica masura in care atomul vibreaza in jurul pozitiei de echilibru

Color By Amino Acid Type

Color By Shapely Residue

Color By Residue ID (rainbow effect).

Color By Secondary Structure

(rosu = -helices, albastru = -strands, galben = -turns.

Color By Hydrophobicity (rosu = aminoacid hydrophilic, albastru = amoinoacid

hydrophobic.

Interactions:

hydrogen bonds;

electrostatic interactions

Views:

moduri presetate de reprezentare

Rendering: modificarea

setarilor de afisaj:

fog,

3D projection,

background,

label

Toate rotatiile se fac in jurul unui centru de rotatie care poate fi ales: Set as

Rotational Center

Toate obiectele din Visualization Window (spatiul 3D) pot fi actionate prin

"context menu" (click dreapta)

Console Window (in josul ecranului) afiseaza informatiii, avertizari si erori

Se pot crea vizualizari ale suprafetei moleculei: “Tools”; “Surfaces”.

Se selecteaza molecula dorita (proteina, ligand, etc)

Se selecteaza tipul de suprafata (electrostatic, hidrofobicitate, …)

Clipping Planes: modificarea planului de vizualizare

(ex. pentru vizualizarea interiorului unei proteine)

Se ajusteaza planul apropiat si cel indepartat pana cand este vizualizata

regiunea dorita.

Se activeaza din meniul “Window”:

Search Space: poate fi folosit pentru a crea o suprafata moleculara partiala:

- se ascund moleculele in exteriorul spatiului creat;

Se seteaza centrul suprafetei:

- centrul proteinei

- centrul ligandului (daca exista)

Se seteaza raza sferei

Hide Residues permite ascunderea

reziduurilor (aminoacizilor) din exteriorul unei

sfere predefinite (centru, raza)

Crop molecules: stergerea unor parti din

molecula (eliminarea regiunilor nerelevante).

Workspace Finder: cautarea

rapida a reziduurilor/atomilor

sau a moleculelor.

Sequence Viewer: (se activeaza din "Tools" sau "Window"): permite inspectarea

rezidurilor proteinei.

Pentru evidentiere se selecteaza aminoacidul

Pentru informatii se plaseaza cursorul pe aminoacidul respectiv

Pentru a face diferite notatii:

- se selecteaza 1 atom → "click dreapta“→ Create Point Annotation

- se selecteaza 2 atomi → "click dreapta“→ Create Distance Annotation

- se selecteaza 3 atomi → "click dreapta“→ Create Angle Annotation

- se selecteaza 4 atomi → "click dreapta“→ Create Dihedral Angle Annotation

Masuratori si notatii:

Daca se selecteaza 2 atomi:

- in Properties Window este

afisata distanta dintre ei.

Daca se selecteaza 3 atomi conectati:

- in Properties Window este

afisat unghiul dintre ei.

Daca se selecteaza o legatura:

- in Properties Window este

afisat unghiul de torsiune definit prin

aceasta legatura.

- Create Backbone: din "context

menu" (click dreapta) pe categoria

"Protein" in Workspace Explorer

- cartoon style (vizualizarea

structurii secundare)

- tube style (scheletul proteinei

este reprezentat ca o curba

polinomiala ce trece prin carbonii α

ai fiecarui aminoacid)

- Create surface (electrostatic, hidrofobicitate, ...) - din "Context menu"

- Create labels

(la proteina sau la ligand)

- din "Context menu"

Structural Protein Alignment: se face prin identificarea rezidurilor identice

din doua proteine si calcularea translatiilor si rotatiilor ce minimizeaza RMSD

(root mean standard deviation) dintre carbonii alfa ai reziduurilor identice.

- se selecteaza Tools, apoi Structural Protein Alignment.

Proteina "target" este proteina ce va fi translatata si reorientata (in

Visualization window).

Energy Map Visualization: se vizualizeaza campul de forte

Steric favorable: regiunile favorabile plasarii unui atom nepolar.

Potential electrostatic: rosu (sarcina electrostatica negativa), albastru (sarcina

electrostatica pozitiva)

Model activitate practica:

Vizualizarea unei proteinei (si a liganzilor) folosind "Molegro Molecular Viewer"

1) proteina :

2) Liganzii proteinei

distanta dintre atomii C(8) si O(13) din: 1,20 A:

unghiul dintre 2 legaturi adiacente:

(C5-Se6-C7=102,14)

3) vizualizarea aminoacizilor aflati la 7 Å de centrul proteinei;

3) aminoacizii aflati la 10 Å de centrul ligandului;

4) aminoacidul din pozitia 10: Glycina, Structura secundara: Coil

4) aminoacidul din pozitia 166: Lysina, Structura secundara: Beta sheet

5) structura secundara a proteinei:

cu ligand; "color by

structure"

fara ligand; "color by residue"

6) Etichetarea aminoaciziilor

7) Crearea suprafetei proteinei

din punct de vedere electrostatic

din punct de vedere

al hidrofobicitatii

8) vizualizarea (concomitenta) suprafetei proteinei (solid), a unei portiuni a lantului

de aminoacizi si a ligandului:

9) harti energetice (1EMA) sarcina electrostatica

zone favorabile steric

zone favorabile donarii atomilor de

hidrogen

zone favorabile acceptarii atomilor de

hidrogen

Suprapunerea celor 4 reprezentari energetice

Molecula in reprezentare Backbone (cartoon, color by residue)