Zadání
Vytvořte program, který spočítá vzdálenosti C-alfa uhlíkových
atomů residuí od centra molekuly a navíc načte z PDB
souboru informace o sekundární struktuře (alfa-šroubovicích a
beta-listech). Potom zobrazí graf reprezentující vzdálenost Calfa
atomů od centra s vyznačením alfa-helixů a beta-listů.
Program bude mít následující vlastnosti:
• Bude načítat PDB soubor s proteinem (pouze standardní
residua z řádků ATOM)
• Z PDB souboru bude také načítat řádky HELIX a SHEET,
na základě toho přiřadí jednotlivým residuím příslušnost k
těmto sekundárním motivům
• Střed struktury bude spočítán jako těžiště struktury, kde
však všechny atomy budou považovány za stejně hmotné
• Budou určeny C-alfa atomy aminokyselin a spočítána
jejich vzdálenost od centra
• Bude zobrazovat graf obsahující křivku charakterizující
vzdálenost residuí od centra. Navíc budou obarvena
některá políčka residuí, pro helixy světle červenou a pro
beta-listy světle modrou barvou. Pod grafem bude barevně
označen typ residua a uvedeno pořadí v sekvenci způsobem
zobrazeným na obrázku
• Graf bude obsahovat barevnou legendu, nadpis a jméno
PDB souboru
• Jméno vstupního PDB souboru bude specifikováno jako
parametr na příkazovém řádku
• Program bude uživatele informovat o chybě při otevření
souboru, načítání konfiguračního souboru, překročení
maximální přípustné velikosti polí a pod.
• Zdrojový kód programu bude opatřen komentáři
Nepovinné rozšíření (+5 bodů):
• Program bude načítat konfigurační soubor, ve kterém bude
specifikováno jméno vstupního PDB souboru na řádku ve
formátu "INPUT_FILE = jmeno_pdb_souboru", dále bude
v konfiguračním souboru na samostatném řádku
specifikována velikost okna ve formátu "WINDOW_SIZE
= sirka, vyska"
• Název konfiguračního souboru bude předán programu jako
parametr na příkazovém řádku
Program otestujte se strukturou crambinu (1jxy_noal.pdb) a
enzymu haloalkan dehalogenáza (2dhc.pdb), které najdete
mezi studijními materiály v IS MU ve složce „data“.
Dodržujte následující pravidla
• Dbejte na správné odsazování textu
• Pro reálné proměnné používejte typ double, ne float
• Při každém použití operátoru dělení si ujasněte, zdali
dochází k celočíselnému nebo reálnému dělení a jaký typ
dělení požadujete
• Proměnné vždy inicializujte vhodnou hodnotou
• Při použití funkcí pro práci s řetězci a při práci s poli dbejte
na to, aby nedošlo k překročení velikosti pole
• Dobře zvažte, které proměnné budou lokální a které
globální
• Názvy globálních proměnných volte tak, aby z nich byl
jasný význam proměnné, volte raději delší názvy
• Názvy funkcí volte tak, aby z nich bylo jasné, jakou činnost
funkce vykonává
• Pro překlad programů používejte nástroj make (tj. vytvořte
si příslušný Makefile)
• Z programu odstraňte veškerý kód, který není nutný pro
splnění zadání (např. pozůstatky z minulých cvičení,
zakomentované části kódu). Ponechat můžete funkci pro
zápis PDB
• Program nesmí při překladu vypisovat žádné varovné
hlášky (při použití parametrů -Wall -pedantic)
• Na začátek programu umístěte stručný komentář obsahující
jméno autora, rok vytvoření, popis funkce programu,
parametry příkazového řádku, popř. formát konfiguračního
souboru popisující činnost programu
• Všechny funkce a proměnné opatřete komentářem
Programování v jazyce C pro chemiky (C2160) – závěrečné cvičení
6. Graf vzdálenosti residuí od centra molekuly s vyznačenou sekundární strukturou proteinu
Nápověda
1.Upravte funkci pro načítání PDB souboru tak, že bude
načítat pouze řádky ATOM a nikoliv HETATM.
2.Střed struktury proteinu spočítejte tak, že sečtete souřadnice
všech atomů (zvlášť pro x, y, a z) a vydělíte je počtem
atomů.
3.Ve struktuře proteinu vyhledejte pro každé residuum atom
C-alfa, tj. atom se jménem " CA " (vč. mezery na začátku a
na konci).
4.Pro pohodlnější práci s C-alfa atomy, přidejte do struktury
RESIDUE proměnnou (např. atom_c_alpha) která bude
obsahovat index atomu C-alfa v poli atomů (tj. pořadí v poli
atomů). Hodnotu proměnné nastavte pro každé residuum ve
funkci pro vyhledávaní residuí nebo v samostatné funkci.
5.Pro pohodlnější práci se souřadnicemi C-alfa atomů přidejte
do struktury RESIDUE proměnnou která bude obsahovat
souřadnice atomu C-alfa.
6.Vytvořte funkci (např. get_points_distance()),
které předáte souřadnice dvou bodů a ona vrátí vzdálenost
mezi těmito body. Tuto funkci využijete při výpočtu
vzdálenosti mezi centrem a C-alfa atomy.
7.Na začátku kreslící funkce spočítejte maximální hodnotu
vzdálenosti C-alfa atomu od centra. Tuto hodnotu využijete
pro výpočet bodů křivky grafu.
8.Z PDB souboru z řádků HELIX a SHEET, které obsahují
informace o sekundární struktuře proteinu (α-helixech a β-
listech).
Pro tyto účely definujeme strukturu
SECONDARY_MOTIF, která bude obsahovat 3 celočíslené
proměnné: číslo prvního residua motivu (např.
first_residue), číslo posledního residua motivu (např.
last_residue) a číslo reprezentující typ motivu (např.
motif, bude nabývat hodnoty 1 pro α-helix a 2 pro β-list).
Definujte pole těchto struktur (např. motifs[]) a globální
proměnnou, která bude obsahovat aktuální počet
sekundárních motivů (např. motifs_count).
Načítejte sekundární motivy ve funkci pro načítání PDB
souboru. Kromě řádků začínajících ATOM (popř. HETATM)
načítejte také řádky začínající HELIX nebo SHEET, z nich
načítejte pouze čísla residuí, ostatní položky ignorujte. Číslo
prvního residua se nachází na pozici 22-25 pro HELIX
(číslováno od 1) a 23-26 pro SHEET, číslo posledního
residua se nachází na 34-37 pro HELIX i SHEET
(https://www.wwpdb.org/documentation/file-formatcontent/format33/sect5.html).
Motivy ihned ukládejte do
pole motifs[].
Do struktury RESIDUES přidejte celočíselnou proměnnou
(např. motif), která bude obsahovat typ motivu, jehož je
residuum součástí. Nastavte hodnotu této proměnné.
Nezapomeňte, že číslo residua v motivu není indexem v poli
residues[], ale číslo residua uvedené v PDB souboru (tj.
hodnota residues[].residue_number). Hodnotu v proměnné
motif používejte k obarvení příslušné oblasti v grafu.
Testovací data
Souřadnice centra pro strukturu crambinu (1jxy_noal.pdb):
x = 9.338197, y = 9.687547, z = 6.947231 Å
Vzdálenosti C-alfa atomů od středu pro prvních 10 residuí pro
strukturu crambinu (1jxy_noal.pdb):
Sekundární motivy ve struktuře crambinu (1jxy_noal.pdb)
jsou:
prní α-helix: SER6 – LEU18 (13 residuí)
druhý α-helix: SER22 – GLY31 (10 residuí)
první β-list: THR2 – CYS3 (2 residua)
druhý β-list: ILE33 – ILE34 (2 residua)
THR1: 8.590359
THR2: 4.900823
CYS3: 5.161508
CYS4: 4.661459
PRO5: 8.042055
SER6: 9.413193
ILE7: 9.862124
VAL8: 10.162746
ALA9: 6.802787
ARG10: 5.521469