Hướng dẫn sử dụng chương trình pymol

Hướng dẫn sử dụng chương trình pymol để xem cấu trúc 3D của protein, cũng như xuất ra hình ảnh 3D và xem tương tác giữa chúng. Đến năm 2009, gần một phần tư tất cả các hình ảnh được công bố về cấu trúc protein 3D trong các tài liệu khoa học đã được thực hiện bằng cách sử dụng PyMOL. Pymol hiện có tại địa chỉ: www.pymol.org với các phiên bản cài đặt đơn giản cho các hệ điều hành Windows, Linux và MacOS

• Giớ

i th iệu phầ

n m

ềm Pym

ol

2

• Xem cấu

trú

c ph

ân

tử prot

ein 3D

3

• Liê

n kế

t h

ai p rot ein

4

• Tha

o tá

c tr

ên cấu trúc

ph

ân

tử pro tei

n

NỘI DUNG

2

- Phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Python.

 Đến năm 2009, gần một phần tư tất cả các hình ảnh được công bố về cấu trúc protein 3D trong các tài liệu khoa học đã được thực hiện bằng cách sử dụng PyMOL.

 Pymol hiện có tại địa chỉ: www.pymol.org với các phiên bản cài đặt đơn giản cho các hệ điều hành Windows, Linux và MacOS

Giao diện Pymol

• Khi Pymol được mở, có 2 cửa sổ xuất hiện:

- Cửa sổ nhỏ hơn: được gọi là "Giao diện bên ngoài" chứa thanh trình đơn (Tệp, Chỉnh sửa, Trợ giúp, Hiển thị,

v.v.), các nút tắt cho các lệnh phổ biến và dòng lệnh

- Cửa sổ thứ hai là PyMOL Viewer, nơi các phân tử xuất hiện ở đây Trong Trình xem, mô hình 3D được hiển thị

và người dùng tương tác (ví dụ: xoay) và thao tác mô hình

4

Pymol Viewer

Dòng lệnh

Cửa sổ nhỏ Thanh menu

5

Dòng lệnh

Danh sách các đối tượng

6

BẢNG ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ XEM- CONTROL PANEL

• A – Actions (Hành động) : Đổi tên, sao chép, xóa, áp dụng các giá trị đặt trước (như "bóng và dính" hoặc "xuất bản"), thực hiện tính toán

• S – Show (Chế độ xem) : Thay đổi cách phân tử xuất hiện, ví dụ như thay đổi thành chế độ xem thanh hoặc hoạt hình

• H - Hide (Ẩn): H ngược lại với S, ẩn đi các chế độ xem không mong muốn

• L - Label (Nhãn): Nhãn nguyên tử, dư lượng, v.v

• C – Color (Màu sắc): Thay đổi màu của các nguyên tử, vùng hoặc phân tử

7

1 Mở file ảnh

• Cách 1:

- Tải file hình ảnh protein trên PDB về máy

- Trên thanh menu: File  Open  Chọn tệp đã tải

- PyMOL có thể đọc các định dạng tệp sau: ".ent", ".pdb", ".mol", ".xplor", ".mmod", ".ccp4", ".r3d", ".trj" và " pse "

• Cách 2:

- Vào PDB, tìm protein muốn xem, xem PDB ID của protein

- Trên cửa sổ nhỏ của Pymol: Gõ lệnh

fetch_<PDB ID>

Ví dụ: Mã của Insullin là 1ZNI, gõ lệnh: fetch 1ZNI

Hình ảnh 3D của protein sẽ xuất hiện

8

2 Điều chỉnh chế độ xem

Show: Hiển thị

• Cách 1: Tại bảng điều khiển chế độ xem, chọn nút S, một menu nhỏ hiện ra, chọn các chế độ hiển thị muốn xem như:

cartoon, lines, sticks, ribbon, surface,…

• Cách 2: Gõ lệnh vào thanh lệnh

Show_<chế độ hiển thị>

Hide: Ẩn đi

• Cách 1: Tại bảng điều khiển chế độ xem, chọn nút H, một menu nhỏ hiện ra, chọn các chế độ hiển thị muốn ẩn đi như:

cartoon, lines, sticks, ribbon, surface,… hoặc ẩn tất cả : everything

10

Cartoon Ribbon Line

Sticks Surface Spheres 11

Xem trình tự protein

• Cách 1: Trên thanh menu, nhấn nút Display  Sequence

• Cách 2: Ở góc phải dưới cùng của cửa sổ viewer, nhấn

vào nút S

Trình tự protein sẽ xuất hiện ngay trên hình ảnh 3D của

phân tử protein

• Để chọn kiểu hiển thị trình tự, nhấn nút Display 

Sequence mode: chọn kiểu trình tự VD: Residue

Names

12

Color : Thay đổi Màu sắc

Có thể thay đổi màu sắc của phân tử protein đang hiển thị theo 2 cách:

• Cách 1: Tại bảng điều khiển chế độ xem, chọn nút C, một menu nhỏ hiện ra, chọn màu sắc muốn đổi.

• Cách 2: Tại dòng lệnh, gõ lệnh:

Color_<Màu sắc muốn đổi>

Có thể thay đổi màu sắc của một đoạn hoặc 1 a.a trên phân tử protein đang hiển thị bằng cách: Hiển thị trình tự của protein, sau đó:

• Cách 1: Dùng chuột để kéo chọn vùng trình tự muốn thay đổi, khi đó trên bảng điều khiển chế độ xem sẽ xuất hiện vùng mới chọn Chọn

nút C và chọn màu muốn đổi

• Cách 2: Gõ lệnh:

Color_<Màu sắc muốn đổi>,_resi_<vị trí đầu>-<vị trí cuối>

VD: color limon, resi 12-30

Tương tự, ta có thể thực hiện các lệnh khác trên 1 đoạn của phân tử protein bằng bảng điều khiển chế độ xem hoặc gõ lệnh

VD: show sticks, resi 34

13

Xem các chuỗi trong phân tử protein

14

• Thực hiện:

Action  preset  publication

• Thao tác này giúp phân biệt các chuỗi trong phân tử protein

Xem các ligands (phối tử) của protein

• Thực hiện:

Action  preset  Simple

• Giúp dễ dàng quan sát được các

ligands trong phân tử protein

15

Xem tất cả liên kết H của protein

• Thực hiện:

Action  preset  technical

• Giúp quan sát tất cả liên kết H có màu

vàng

16

Tắt menu control mới mở trên control panel

• Thực hiện:

Action  Delete

• Xóa menu control mới mở

17

Xem các liên kết H trên ligands

• Thực hiện:

Action  preset  ligands

• Giúp quan sát dễ dàng hơn vùng ligands với các liên kết H trên

đó

18

Nhấn chuột trái lên phân tử protein và kéo theo hướng mong muốn, phân tử protein sẽ xoay quanh trục

Di chuyển

Nhấn giữ nút Ctrl (hoặc Alt) + Nhấn chuột trái, sau đó kéo phân tử protein sang vùng mình muốn di chuyển.

Đổi màu Background

• Cách 1:

Nhấn nút Display  Background, sau đó chọn màu như: White, black, grey

• Cách 2: Nhập lệnh:

bg color_white

Cải thiện chất lượng ảnh

Khi đó, background sẽ hiển thị là trong suốt ( các ô vuông trắng, xám), không còn màu trắng hoặc đen nữa, giúp nhìn ro hơn phân tử

• Cách 1: Nhập lệnh: Ray

• Cách 2: Nhấn nút Ray trên góc phải trên cùng của cửa sổ nhỏ

19

• Lưu hình ảnh:

File  Save Image as, sau đó chọn loại tệp muốn lưu, vị trí lưu giữ trong máy

• Lưu hình ảnh tạm thời:

File  Save session as, chọn vị trí lưu trong máy.

Bằng cách lưu này ta có thể mở tệp lại và tiếp tục các thao tác trên protein

20

Lưu tệp

Thao tác với nhãn dán

 Hiện thị tên acid amin – vị trí tương ứng

• Label  Residues

• Label  Residues name (chỉ hiện tên)

• Label  Residues identifier (chỉ hiện vị trí)

 Hiển thị tên chuỗi protein

• Label  chains

 Hiển thị các nguyên tử thành phần của protein

• Label  element symbol

 Ngoài ra còn một sô thao tác định dạng cho Label bằng cách gõ lệnh:

• Đổi màu: Set label_color, <color>

• Size: Set label_size, <size>

• Font: Set label_font,<5-16> (mỗi số tương ứng 1 font)

 Tắt nhãn dán:

• Label  clear

Đặt tên cho đối tượng (rename):

- Bước 1:

+ Cách 1: Kéo chọn trình tự cần đặt tên ở trên bảng hiển thị

+ Cách 2: Gõ lệnh : “sele resi vị trí đầu – vị trí cuối”

Vd: Chọn trình tự amino acid từ 191 đến 211, gõ lệnh: Sele resi 191-211

- Bước 2: Đặt tên

+ Tại thẻ sele: Chọn Action (A)  rename selection

Bên màn hình hiển thị sẽ xuất hiện:

+ Gõ tên cần đặt vào  Enter

VD: Renaming sele to: 191-211

- Kết quả:

Đo khoảng cách và đo góc trong PyMOL

 Ứng dụng: xem khoảng cách, góc, dự đoán được sự hình thành các liên kết S-S, Hidro…

Cách tiến hành:

Wizard  Measurement 1 bảng lệnh measurement sẽ hiện ra góc dưới bên phải của cửa sổ hiển thị protein

 Đo khoảng cách:

+ Áp dụng để đo khoảng cách 2 acid amin bất kì trong chuỗi protein

+ Ở dòng đầu tiên, chọn Distances  Click chuột để chọn 2 acid amin muốn đo khoảng cách

+ Đơn vị khoảng cách là Amstrong

+ Mẹo: Nếu muốn chọn đo khoảng cách của 2 aa cụ thể, có thể đổi màu của 2 aa đó để nổi bật hơn trong chuỗi protein

 Đo góc

+ Áp dụng để đo góc tạo thành bởi 3 nguyên tử kề nhau

+ Ở dòng đầu tiên, chọn Angles  Click chuột để chọn 3 nguyên tử kề nhau muốn đo góc

+ Mẹo: để đo góc, nên hiển thị cấu trúc protein ở dạng lines

23

• ANP: phosphoaminophosphonic acid-adenylate ester

• ACT: acetate ion

24

Mục tiêu

Sự bám ligand-receptor do:

• Liên kết ion

• Liên kết hydrogen

• Liên kết Van der Waals

 Khảo sát tính bền của tương tác ligand – receptor thông qua liên kết hidro

25

Chọn ligand mục tiêu (TAM)

Làm nổi bật Đổi màu

26

Phân loại mạnh yếu của liên kết

Dựa vào khoảng phân tử cho nhận:

• Mạnh: 2.3-2.5 Angstrong

• Trung bình: 2.5 – 3.2 Angstrong

• Yếu: 3.2-4 Angstrong

 Phân tử cho nhận không nằm trên đường thẳng khoảng cách giữa phân tử cho nhận

thường ngắn hơn khoảng cách của liên kết hidro

 3.0 Angstrong được coi là LK mạnh

27

Khảo sát độ mạnh yếu của LK hidro trong TAM

set h_bond_cutof_center, 3.0    

 Mục đích: loại bỏ những liên kết mà khoảng cách phân tử > 3 Angstron

28

Khảo sát độ mạnh yếu của LK hidro trong TAM (tt)

Khảo sát độ mạnh yếu của LK hidro trong TAM (tt)

• Bước 1: Set dòng lệnh:

set h_bond_cutof_center, 2.0    

• Bước 2: tương tự như trên

• Kết quả

 LK hidro mất đi sau khi giảm xuống 2 Angstron

 Khoảng cách giữa 2 phân tử trong liên kết trong

khoảng từ 2-3 Angstron

30

Liên kết giữa hai protein

• Bước 1: nhập 2 protein cần xem khả năng liên kết

• Nhập lệnh: fetch “tên protein”.

• Bước 2: điều chỉnh chế độ xem phù hợp

• Show => cartoon (chuyển sang chế độ xem mô hình cấu trúc bậc 2)

• Hide => lines ( ẩn các liên kết phụ)

• Hide => waters ( ẩn các gốc nước)

• Bước 3: liên kết 2 protein

• Actions => align => to molecule => “protein cần liên kết”.

• Hoặc Actions => align => to selection => “ vị trí muốn liên kết”.

31

98 A

508,509 J

CẢM ƠN