C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -1-7. 3D vizualizace III C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii Petr Kulhánek kulhanek@chemi.muni.cz Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kamenice 5, CZ-62500 Brno 7. lekce (3D vizualizace III) Revize 1 C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -2-7. 3D vizualizace III In silico modelovaní struktur C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -3-7. 3D vizualizace III Modelování http://www.unil.ch/pmf/en/home/menuinst/technologies/homology-modeling.html Homologní modelováníModifikace existujících experimentálních struktur Dostupné exp. struktury je možné měnit • zaváděním nových substituentů • vytvářením komplexů s jinými látkami • … C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -4-7. 3D vizualizace III Alphafold https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2 Alphafold využívá strojové učení k predikce 3D struktur proteinů a jejich komplexů ze sekvence aminokyselin. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -5-7. 3D vizualizace III AlphaFold DB https://alphafold.ebi.ac.uk/ DeepMind and EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) have partnered to create AlphaFold DB to make these predictions freely available to the scientific community. The database covers the complete human proteome (including fragments for long proteins) and the proteomes of 47 other key organisms (e.g., mouse), as well as the majority of manually curated UniProt entries (Swiss-Prot). In 2022 we plan to expand the database to cover a large proportion of all catalogued proteins (the over 100 million in UniRef90). AlphaFold DB provides open access to 992,316 protein structure predictions (2022) for the human proteome and other key proteins of interest, to accelerate scientific research. AlphaFold is an AI system developed by DeepMind that predicts a protein’s 3D structure from its amino acid sequence. It regularly achieves accuracy competitive with experiment. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -6-7. 3D vizualizace III Cvičení 1 1. Najděte v PDB databázi strukturu malého proteiny s počtem AA < 200 a datem publikování > 2021-04. 2. Je tento protein obsažen v databázi AlphaFold DB? 3. Proveďte predikci proteinu nástrojem alphafold. K řešení použijte návod uvedený v modulu alphafold. Na klastru WOLF musí být vstupní data úlohy umístěny na scratchi! 4. Srovnejte predikovanou strukturu se strukturou experimentální (provedete v následující hodině). $ module help alphafold C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -7-7. 3D vizualizace III Vizualizace biomolekul C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -8-7. 3D vizualizace III Vizualizace – biomolekuly čárový model čárový model páteř proteinu cartoon model povrch biomolekuly stejná struktura jiná vizualizace Různé modely slouží k zvýraznění určité strukturní informace nebo vnitřní vlastnosti molekuly či uskupení molekul, které pak usnadňuje snadnější pochopení studovaného problému. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -9-7. 3D vizualizace III Software Visual Molecular Dynamics (VMD) PyMOL https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd https://en.wikipedia.org/wiki/PyMOL ➢ scriptable (TCL, Python) ➢ advanced rendering ➢ available for MS Windows, Linux, macOS https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_molecular_graphics_systems Overview of software: Dále např. Chimera (https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/) C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -10-7. 3D vizualizace III ▪ PyMOL Spuštění programů - PyMOL $ module add pymol $ pymol C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -11-7. 3D vizualizace III Cvičení 2 1. Řešte úkoly v samostatném dokumentu popisujícím používání programu PyMOL.