C2150: Zpracování informací a vizualizace v chemii Program VMD Základy práce s programem VMD 1. Web programu VMD: http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ 2. Spuštění programu Spouštíme z terminálu. Nahrajeme příslušný modul: module add vmd a pak spustíme: vmd (bez ampersandu, protože program lze též ovládat z příkazového řádku). Program lze ovládat jak zadáváním příkazů v terminálu tak prostřednictvím okna s menu. Některé funkce jsou k dispozici pouze přes terminál (konzoli). 3. Načtení molekuly Do svého adresáře si zkopírujte soubor s molekulou myoglobinu z /home/martinp/C2150/structs/mbco.pdb . Načtěte molekulu Menu: File / New Molecule stiskněte tlačítko Browse a vyberte soubor s myoglobinem mbco.pdb. Stiskněte tlačítko Load a v grafickém okně se zobrazí načtená molekula. 4. Manipulace s molekulou – rotace, transace, změna velikosti Existují tři základní režimy: rotace, translace a změna velikosti (angl. scaling) mezi kterými s přepíná pomocí kláves r, t a s (aktuální režim poznáme podle vzhledu kurzoru myši). Ovládání myší je následující: • režim rotace – levé tlačítko myši slouží k rotaci kolem os ležících v rovině obrazovky, prostřední tlačítko rotuje kolem předo-zadní osy. Při rychlém pohybu bude molekula samovolně rotovat • režim translace – levé tlačíto myši slouží k transalci v rovině obrazovky, prostřední k transalci dopředu a dozadu • režim změny velikosti – obě tlačítka myši mění velikost molekuly při pohybu vlevo a vpravo, při použití prostředního tlačítka je však změna větší. Pro změnu velikosti lze také použít rotaci kolečkem myši. Pravé tlačítko myši u těchto režimů funguje stejně jako prostřední. Stisknutím klávesy = se pozice/orientace/velikost molekuly vrátí do výchozího stavu. Téhož lze dosáhnout pomocí Menu: Display / Reset View. Změna centra rotace: stiskneme klávesu c a klikneme myší na atom, který se stane novým centrem rotace. 5. Výpis informací o atomu V grafickém okně s molekulou stiskněte klávesu 0 (nula) a klikněte na libovolný atom. Na obrazovce terminálu se vypíší informace o atomu (a residuu atd.). 6. Výběr atomů Otevřete okno Menu: Graphics / Representations. V poli Selected Atoms budeme specifikovat které atomy se mají vybrat. Tyto atomy se pop potvrzení klávesou Enter zobrazí, ostatní zůstanou skryté. Výběr atomů lze zadávat následovně: • Podle typu molekuly: protein, water, nucleic. Vyzkoušejte zadat protein . • Atomy podle jména např. name C , i více atomů, např. name C CA N O . Názvy atomů odpovídají názvům uvedeným v PDB souboru. Vyzkoušejte zadat name C CA N O (jedná se o atomy peptidické páteře). • Podle jména residuí, např. resname HEM . • Podle pořadí residuí, např. resid 23 zobrazí residuum 23. Lze specifikovat i více residuí resid 31 35 41 58 nebo rozmezí resid 27 to 32 . • Lze používat regulární výrazy, např. name “C.*” zobrazí všechny atomy jejichž jméno začíná na C. • Můžeme zadat negaci not, např. not protein zobrazí všechny atomy které nejsou součástí proteinu. Vyzkoušejte zadat not protein . • Lze používat logické výrazy and a or, např. resname HEM and not name "N.*" zobrazí všechny nedusíkové atomy v hemové skupině. • Peptidickou páteř lze zobrazit pomocí backbone . • Je možné specifikovat atomy ve udané vzdálenosti od jiných atomů within of , např. atomy ve vzdálenosti 6 Angstrom od hemu: within 6 of resname HEM . • Podle hodnoty souřadnic x, y, z, např. x > 1 and x < 5 . • Pro konstrukci složitějších výrazů použijeme záložku Selection. • Pro zobrazení všech atomů zadáme all . 7. Popisky atomů, měření Vybereme Menu: Mouse / Label / Atoms a klikáme na jednotlivé atomy. Chceme-li popisky schovat, opět klikneme na daný atom. Pro měření vzdáleností mezi atomy, úhlů a dihedrálních úhlů vybereme v menu Bonds, Angles, Dihedrals a pak klikáme postupně na 2, 3 nebo 4 atomy. (Pro testování je vhodné zobrazit pouze několik residuí, např. resid 1 to 4 ). Namísto menu lze použít klávesy 1, 2, 3, 4. Další operace s popisky je možné dělat v okně Menu: Graphics / Labels . Zde je možné jednotlivé popisky zobrazit nebo skrýt nebo vymazat. Pro označení více položek použijte . Na záložce Picked Atom se zobrazí informace o atomu (resp o atomu na který bylo kliknuto jak poslední při specifikaci vybraného popisku). 8. Nastavení grafické reprezentace molekuly Budeme pracovat v Menu: Graphics / Representations . Jednotlivé části struktury myoglobinu zobrazíme pomoci různých grafických reprezentací. • Peptidickou páteř proteinu zobraíme reprezenatcí cartoon: • Nejdříve zobrazíme pouze atomy peptidické páteře: do políčka Selected Atoms napište backbone a stiskněte tlačítko Apply (nebo klávesu Enter). • Pátěř proteinu zobrazíme reprezenatcí cartoon a obarvíme podle typu sekundární struktury: v položce Coloring Method vyberte NewCartoon a v položce Coloring Method vyberte Secondary Structure. • Vytvoříme novou reprezentaci – stiskněte tlačítko Create Rep • Molekulu hemu zobrazíme reprezentací licorice: do políčka Selected Atoms napište resname HEM a v položce Coloring Method vyberte Type a v položce Drawing Method vyberte Licorice. Opět vytvořte novou reprezentaci stisknutím tlačítka Create Rep . • Iont SO4 a molekulu CO zobrazíme pomocí vdW koulí: do políčka Selected Atoms napište resname SO4 CO, v položce Coloring Method ponechte Type a v Coloring Method vyberte VDW. Opět vytvořte novou reprezentaci stisknutím tlačítka Create Rep • Histidiny 64 a 93 zobrazíme pomocí CPK: do políčka Selected Atoms napíšte resid 93 64, v položce Coloring Method ponechte Type a v Coloring Method vyberte CPK. • Zobrazení povrchů – v Drawing method vybereme QuickSurf (alternativně Surf, MSMS). Můžeme nastavit material na Transparent. Povrch vyčleňte jako samostatnou reprezentaci (stisknutím tlačítka Create Rep). Povrch pak můžeme zobrazit jako průsvitný (Material: Transparent) a skrze něj budeme vidět reprezentace schované pod povrchem.Zkuste např. zobrazit povrch residuí v okolí hemu do 6 Angstrom (protein and within 6 of resname HEM). 9. Rendering obrázku Vybereme Menu: File / Render a v položce Render the current scene using vyberte Snapshot a zadejte vhodné jméno souboru s koncovkou .tga a potvrdíme tlačítkem Start Rendering. Soubor si můžete prohlédnout například pomocí programu GIMP (spustíte z příkazového řádku příkazem gimp). Alternativně můžete v Render the current scene using vybrat Tachyon a ve Filename zadáte vhodné jméno souboru (bez koncovky .tga). Vygenerují se dva soubory, soubor s obrázkem bude mít koncovku .tga . 10. Hlavní okno – seznam molekul obsahuje možnost práce s více molekulami. Při dvojkliknutí na písmena T A D F můžeme: • T – specifikuje výchozí molekulu an kterou se budou aplikovat zadávané příkazy. Pouze jedna molekula může být takto označena. • A – specifikuje, že molekula je aktivní, tj. budou na ni aplikovány některé příkazy (např. animace) • D – specifikuje, zdali bude molekula zobrazena/skryta v grafickém okně • F – specifikuje, zda-li bude molekula zafixována, tj. nebude reagovat na rotace a translace • Dvokliknutím na název molekuly můžeme změnit její jméno. Vymažte načtenou molekulu (klikněte pravým tlačítkem myši na molekulu v seznamu a vyberte Delete Molecule). Poté znovu naštěte soubor mbco.pdb a potom soubor star.pdb (/home/martinp/C2150/structs/star.pdb), který obsahuje také strukturu myoglobinu ale s molekulou CO v jiné pozici.Vyzkoušejte si schovávání a zobrazeni jednotlivých molekul. V okně Menu: Graphics / Representations nastavte různou barvu pro jednotlivé struktury. Pro obě molekuly zobrazke pouze hem, CO a residua 64 93 (resname HEM CO or resid 64 93). Prozkoumejte rozdíly mezi oběma strukturami. Zkuste změnit polohu jedné struktury vůči druhé (pomocí písmena F v seznamu molekul) – původní polohu molekul lze obnovit klávesou = (resp. Menu: Display / Reset View). Úloha 1: Z PDB databáze stáhněte strukturu halolkandehalogenázy 2DHC a načtěte ji do VMD. Ve struktuře vyznačte vzdálenost mezi atomy uhlíku DCE a atomy kyslíku Asp124. Potom vytvořte grafickou reprezentaci, kdy páteř proteinu bude zobrazena podobně jako ve výše uvedeném příkladu myoglobiny. Molekuly vody nebudou zobrazeny, kromě molekul vody nacházejících se do 6 Angstrom od substrátu DCE, budou zobrazeny modelem VDW. Substrát DCE bude také zobrazen modelem VDW. Dále budou residua Asp124, trp125, trp175 a Phe172 zobrazeny reprezentací licorice a kolem nich bude zobrazen molekulový povrch šedou průhlednou barvou (pouze kolem residuí). Vygenerujte obrázek ve formátu TGA (jak je popsáno v bodě 9). Obrázek z úlohy 1 uložte do odevzdávárny.