算方法)
今天仍然是分子動(dòng)力學(xué)相關(guān)內(nèi)容假如我MD模擬了一個(gè)酶做了不同溶液條件下的模擬或互調(diào)控蛋白的結(jié)合模擬如果我想知道其催化口袋受不同因素影響的開放程度應(yīng)該怎樣做那么這就需要用到CAVER軟件。應(yīng)用實(shí)例大家請(qǐng)看這篇文獻(xiàn)《A contribution to lipid digestion of Odobenidae family: Computational analysis of gastric and pancreatic lipases from walrus》海象是保護(hù)動(dòng)物作者為研究海象脂肪代謝相關(guān)的酶利用已知物種的脂肪酶做了進(jìn)化分析并進(jìn)行了同源建模再利用MD做了穩(wěn)定性分析并使用CAVER探究了不同鹽濃度下酶催化口袋的開放程度。一、準(zhǔn)備輸入文件在tunnel計(jì)算中我們希望結(jié)果能體現(xiàn)口袋的動(dòng)態(tài)開閉過程因此顯然我們不能拿單個(gè)pdb進(jìn)行計(jì)算這里教給大家抽幀生成pdb的指令500ps一幀因此0-100ns共201個(gè)pdb模型共同輸出到一個(gè)caver_input.pdb中# 在GROMACS工作環(huán)境下輸入 gmx trjconv -s md.tpr -f md_final.xtc -o caver_input.pdb -dt 500 -pbc mol -center -n index.ndx加index是為了僅保留目標(biāo)蛋白的主體部分請(qǐng)按蛋白質(zhì)序列實(shí)際情況自行編寫index文件詳情可參考我的《在云服務(wù)器AutoDL實(shí)現(xiàn)分子動(dòng)力學(xué)全流程》文章二、下載CAVER及相關(guān)準(zhǔn)備工作1.下載CAVER自行搜索CAVER Analyst進(jìn)入官網(wǎng) -- 上方點(diǎn)擊download -- 彈出的界面下載第一個(gè)All platforms即可全部解壓到你的文件夾最好不用C盤2.準(zhǔn)備javaCAVER是一個(gè)基于java的語言需要java 1.8以上。# adoptium是下載java依賴很好的途徑 # https://adoptium.net/zh-CN/temurin/releases/ # 選擇8 -LTS或者11 - LTS # 選擇jdk # 點(diǎn)擊下載獲得的msi程序 # msi程序不像exe程序使用管理員權(quán)限安裝會(huì)很復(fù)雜可以直接下在C盤用戶AppData文件夾這是個(gè)隱藏文件夾請(qǐng)記一下下載路徑 # 打開windows搜索環(huán)境變量新建path粘貼下載java的路徑可以把這個(gè)java拖拽到第一條 # 做生信的人大概率是沒有裝java的但是也請(qǐng)注意區(qū)分之前安裝的版本和x86的java另外我們找到下載CAVER的文件夾找到 etc -- caver_analyst.conf 找到#jdkhome/path/to/jdk這一行jdkhomeC:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk8u412-b08根據(jù)你的實(shí)際下載路徑去掉前面的“#”然后改成實(shí)際路徑。3.打開CAVER的方式及memory設(shè)置找到你的caver_analyst2 -- bin -- 點(diǎn)擊 x64.exe 文件即可也可以為其創(chuàng)建快捷方式添加到桌面初始memory大概是1000MB會(huì)彈出形如這樣的彈窗點(diǎn)yes因?yàn)?000MB對(duì)100-200ns的MD軌跡太少了如果您的電腦是16GB的可以設(shè)置4000-6000MB32GB則可以設(shè)置8000MB。三、文件導(dǎo)入及計(jì)算tunnel操作先在下載caver_analyst2的dir里創(chuàng)建一個(gè)caver_work文件夾把caver_input.pdb放進(jìn)去為了保存workspace的時(shí)候可以找到原始pdb找到下載的 caver_analyst2 -- bin -- caver_analyst64.exe直接右鍵運(yùn)行或者創(chuàng)建快捷方式。在軟件內(nèi)點(diǎn)擊 file -- Open Molecular Dynamics -- PDB --add file選擇自己的文件在下方選項(xiàng)欄structure dynamics里面可以拖動(dòng)滑條看各幀構(gòu)象如果不喜歡默認(rèn)顯示模式可以在上方工具欄按我的設(shè)置展示cartoon模式在下方選項(xiàng)欄Sturctur Squence通過點(diǎn)擊選擇待計(jì)算的res盡量根據(jù)先驗(yàn)選擇4-5個(gè)res之后點(diǎn)擊上方工具欄Tunnel -- surrounding -- from selection -- 輸入你的選擇 -- output directory改成你的caver_work地址 -- Compute Tunnels等待即可當(dāng)出現(xiàn)“是否計(jì)算surrounding”的提示時(shí)點(diǎn)擊“yes”出現(xiàn)結(jié)果后先 File -- Save Workspace 保存操作存檔勾選包含input pdb的選項(xiàng)此后該次計(jì)算cws文件可直接通過CAVER軟件打開。下方選項(xiàng)欄Tunnel Statistic會(huì)有兩個(gè)子選項(xiàng)SET #1和SET #1 bottlenecksSET #1會(huì)給出summary信息Max_BR、Avg_L、Throughput是主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)擊其中一個(gè)cluster會(huì)出現(xiàn)該聚類tunnel出現(xiàn)的pdb位置一般我們會(huì)鎖定BR最大的分析再次點(diǎn)擊某個(gè)tunnel則會(huì)出現(xiàn)各部位通道尺寸數(shù)據(jù)由于工具采用微分思想用小球模擬tunnel形狀這里的radius與summary中的BR有微小差異SET #1 bottlenecks會(huì)按1-201的順序逐幀展示每個(gè)pdb中出現(xiàn)的tunnel后面的信息則是起主要貢獻(xiàn)的res所有以上信息會(huì)被輸出到預(yù)定文件夾里的各個(gè).csv文件中各位可自行查看另外右側(cè)的Structures Overview可點(diǎn)擊條各cluster后面的條形圖符號(hào)進(jìn)入Tunnel Graph工具該工具可展示tunnel各部位radius變化的趨勢。四、ChimeraX及pymol的可視化操作1.存儲(chǔ)通道的方式上方工具欄應(yīng)該是沒有存儲(chǔ)通道的方式的我看Guide文件也沒有找到可以點(diǎn)擊右邊欄目你想下載的tunnel右鍵會(huì)有下載選項(xiàng)存成pdb。輸出的文件夾會(huì)存儲(chǔ)各幀的obj文件但chimerax無法識(shí)別這個(gè)格式因?yàn)槲沂褂玫氖强梢暬疌AVER版本沒有直接構(gòu)建與pymol的管道如果您有什么更便捷的方法也可以分享給我。2.可視化方法ChimeraX打開你的caver_input.pdb會(huì)有1.1-1.201等很多子模型選擇你要的那幀命令選擇或手動(dòng)點(diǎn)擊選擇按鈕在下方命令欄輸入delete ~sel之后保存成新文件即可另一個(gè)窗口打開tunnel的pdb文件會(huì)發(fā)現(xiàn)該文件保存了該cluster所有的組如果使用split命令可以拆分但這樣很可能無法知道目的tunnel是哪一根所以我的建議是用任意文本編輯器打開pdb文件照著set #1里面details的各部位的radius找到目的tunnel然后把其他的手動(dòng)刪了。給大家貼一段pdb文件內(nèi)容簡單來說pdb文件其實(shí)只是用一種特定的格式記錄了原子的類型、殘基位數(shù)、三維坐標(biāo)等HEADER TUNNEL COMPND caver_input EREST VAL EREST SER EREST HID EREST ILE EREST HIE EREST LYS EREST GLN EREST PHE EREST PRO EREST TYR EREST HIP EREST GLU EREST HIS EREST TRP EREST GLY EREST 20_AA EREST ALA EREST ARG EREST CYS EREST ASN EREST LEU EREST MET EREST ASP EREST THR ATOM 1 H FIL T 496 99.152 95.849 30.985 1.15 ATOM 2 H FIL T 496 99.249 95.713 30.514 1.37 CONECT 1 2 ATOM 3 H FIL T 496 99.018 95.610 30.138 1.57 CONECT 2 3 ATOM 4 H FIL T 496 98.646 95.746 29.981 1.70 CONECT 3 4 ATOM 5 H FIL T 496 98.479 95.948 29.555 1.56 CONECT 4 5 ATOM 6 H FIL T 496 98.312 96.149 29.128 1.51 CONECT 5 6前面的EREST是指這些tunnel線不是真實(shí)的殘基如果我們想看到tunnel各部位radius的大小那么首先選定tunnel然后 點(diǎn)擊Tools -- General -- Shell在Shell里輸入如下命令注意不是命令行這步的原理是bfactor一般被記成溫度是非必須的列因此約定俗成的tunnel一般在這一列寫入radius參數(shù)將這個(gè)參數(shù)賦值給sphere球體大小的參數(shù)即可from chimerax.atomic import selected_atoms for a in selected_atoms(session): a.radius a.bfactor再在style里改成sphere即可然后可以把結(jié)構(gòu)與tunnel一起存成新pdbcombine #1,#2 name #33.Align攜帶HETATM原子的pdb模型的方法大家用過ChimeraX的一定知道Matchmaker工具可以直接把模型擬合到一起但如果其中帶了非殘基原子就無法被選中作為模板就算實(shí)現(xiàn)了也會(huì)有個(gè)問題——那個(gè)tunnel不會(huì)跟著移動(dòng)chimerax有如下命令但我試了所有參數(shù)無法實(shí)現(xiàn)需求大家可以試一下在Shell中以屏幕面為坐標(biāo)系整體移動(dòng)的方式align #2 CA toAtoms #1 CA move nothing reporMatrix true那么可以用pymol實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)再用ChimeraX渲染這個(gè)軟件最大的優(yōu)勢在于美觀load tunnel_merged_1.pdb, 1 load tunnel_merged_2.pdb, 2 super 1 and name ca, 2 and name ca貼一張我做的蛋白的圖融合了兩條相近的tunnel注如果出現(xiàn)了merge后的pdb在pymol中不顯示但chimerax里顯示的問題可能是pdb編碼格式被tunnel的寫法擾亂了重新保存新的tunnel再合并一下 CAVER安裝及tunnel通道計(jì)算方法
今天仍然是分子動(dòng)力學(xué)相關(guān)內(nèi)容假如我MD模擬了一個(gè)酶做了不同溶液條件下的模擬或互調(diào)控蛋白的結(jié)合模擬如果我想知道其催化口袋受不同因素影響的開放程度應(yīng)該怎樣做那么這就需要用到CAVER軟件。應(yīng)用實(shí)例大家請(qǐng)看這篇文獻(xiàn)《A contribution to lipid digestion of Odobenidae family: Computational analysis of gastric and pancreatic lipases from walrus》海象是保護(hù)動(dòng)物作者為研究海象脂肪代謝相關(guān)的酶利用已知物種的脂肪酶做了進(jìn)化分析并進(jìn)行了同源建模再利用MD做了穩(wěn)定性分析并使用CAVER探究了不同鹽濃度下酶催化口袋的開放程度。一、準(zhǔn)備輸入文件在tunnel計(jì)算中我們希望結(jié)果能體現(xiàn)口袋的動(dòng)態(tài)開閉過程因此顯然我們不能拿單個(gè)pdb進(jìn)行計(jì)算這里教給大家抽幀生成pdb的指令500ps一幀因此0-100ns共201個(gè)pdb模型共同輸出到一個(gè)caver_input.pdb中# 在GROMACS工作環(huán)境下輸入 gmx trjconv -s md.tpr -f md_final.xtc -o caver_input.pdb -dt 500 -pbc mol -center -n index.ndx加index是為了僅保留目標(biāo)蛋白的主體部分請(qǐng)按蛋白質(zhì)序列實(shí)際情況自行編寫index文件詳情可參考我的《在云服務(wù)器AutoDL實(shí)現(xiàn)分子動(dòng)力學(xué)全流程》文章二、下載CAVER及相關(guān)準(zhǔn)備工作1.下載CAVER自行搜索CAVER Analyst進(jìn)入官網(wǎng) -- 上方點(diǎn)擊download -- 彈出的界面下載第一個(gè)All platforms即可全部解壓到你的文件夾最好不用C盤2.準(zhǔn)備javaCAVER是一個(gè)基于java的語言需要java 1.8以上。# adoptium是下載java依賴很好的途徑 # https://adoptium.net/zh-CN/temurin/releases/ # 選擇8 -LTS或者11 - LTS # 選擇jdk # 點(diǎn)擊下載獲得的msi程序 # msi程序不像exe程序使用管理員權(quán)限安裝會(huì)很復(fù)雜可以直接下在C盤用戶AppData文件夾這是個(gè)隱藏文件夾請(qǐng)記一下下載路徑 # 打開windows搜索環(huán)境變量新建path粘貼下載java的路徑可以把這個(gè)java拖拽到第一條 # 做生信的人大概率是沒有裝java的但是也請(qǐng)注意區(qū)分之前安裝的版本和x86的java另外我們找到下載CAVER的文件夾找到 etc -- caver_analyst.conf 找到#jdkhome/path/to/jdk這一行jdkhomeC:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk8u412-b08根據(jù)你的實(shí)際下載路徑去掉前面的“#”然后改成實(shí)際路徑。3.打開CAVER的方式及memory設(shè)置找到你的caver_analyst2 -- bin -- 點(diǎn)擊 x64.exe 文件即可也可以為其創(chuàng)建快捷方式添加到桌面初始memory大概是1000MB會(huì)彈出形如這樣的彈窗點(diǎn)yes因?yàn)?000MB對(duì)100-200ns的MD軌跡太少了如果您的電腦是16GB的可以設(shè)置4000-6000MB32GB則可以設(shè)置8000MB。三、文件導(dǎo)入及計(jì)算tunnel操作先在下載caver_analyst2的dir里創(chuàng)建一個(gè)caver_work文件夾把caver_input.pdb放進(jìn)去為了保存workspace的時(shí)候可以找到原始pdb找到下載的 caver_analyst2 -- bin -- caver_analyst64.exe直接右鍵運(yùn)行或者創(chuàng)建快捷方式。在軟件內(nèi)點(diǎn)擊 file -- Open Molecular Dynamics -- PDB --add file選擇自己的文件在下方選項(xiàng)欄structure dynamics里面可以拖動(dòng)滑條看各幀構(gòu)象如果不喜歡默認(rèn)顯示模式可以在上方工具欄按我的設(shè)置展示cartoon模式在下方選項(xiàng)欄Sturctur Squence通過點(diǎn)擊選擇待計(jì)算的res盡量根據(jù)先驗(yàn)選擇4-5個(gè)res之后點(diǎn)擊上方工具欄Tunnel -- surrounding -- from selection -- 輸入你的選擇 -- output directory改成你的caver_work地址 -- Compute Tunnels等待即可當(dāng)出現(xiàn)“是否計(jì)算surrounding”的提示時(shí)點(diǎn)擊“yes”出現(xiàn)結(jié)果后先 File -- Save Workspace 保存操作存檔勾選包含input pdb的選項(xiàng)此后該次計(jì)算cws文件可直接通過CAVER軟件打開。下方選項(xiàng)欄Tunnel Statistic會(huì)有兩個(gè)子選項(xiàng)SET #1和SET #1 bottlenecksSET #1會(huì)給出summary信息Max_BR、Avg_L、Throughput是主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)擊其中一個(gè)cluster會(huì)出現(xiàn)該聚類tunnel出現(xiàn)的pdb位置一般我們會(huì)鎖定BR最大的分析再次點(diǎn)擊某個(gè)tunnel則會(huì)出現(xiàn)各部位通道尺寸數(shù)據(jù)由于工具采用微分思想用小球模擬tunnel形狀這里的radius與summary中的BR有微小差異SET #1 bottlenecks會(huì)按1-201的順序逐幀展示每個(gè)pdb中出現(xiàn)的tunnel后面的信息則是起主要貢獻(xiàn)的res所有以上信息會(huì)被輸出到預(yù)定文件夾里的各個(gè).csv文件中各位可自行查看另外右側(cè)的Structures Overview可點(diǎn)擊條各cluster后面的條形圖符號(hào)進(jìn)入Tunnel Graph工具該工具可展示tunnel各部位radius變化的趨勢。四、ChimeraX及pymol的可視化操作1.存儲(chǔ)通道的方式上方工具欄應(yīng)該是沒有存儲(chǔ)通道的方式的我看Guide文件也沒有找到可以點(diǎn)擊右邊欄目你想下載的tunnel右鍵會(huì)有下載選項(xiàng)存成pdb。輸出的文件夾會(huì)存儲(chǔ)各幀的obj文件但chimerax無法識(shí)別這個(gè)格式因?yàn)槲沂褂玫氖强梢暬疌AVER版本沒有直接構(gòu)建與pymol的管道如果您有什么更便捷的方法也可以分享給我。2.可視化方法ChimeraX打開你的caver_input.pdb會(huì)有1.1-1.201等很多子模型選擇你要的那幀命令選擇或手動(dòng)點(diǎn)擊選擇按鈕在下方命令欄輸入delete ~sel之后保存成新文件即可另一個(gè)窗口打開tunnel的pdb文件會(huì)發(fā)現(xiàn)該文件保存了該cluster所有的組如果使用split命令可以拆分但這樣很可能無法知道目的tunnel是哪一根所以我的建議是用任意文本編輯器打開pdb文件照著set #1里面details的各部位的radius找到目的tunnel然后把其他的手動(dòng)刪了。給大家貼一段pdb文件內(nèi)容簡單來說pdb文件其實(shí)只是用一種特定的格式記錄了原子的類型、殘基位數(shù)、三維坐標(biāo)等HEADER TUNNEL COMPND caver_input EREST VAL EREST SER EREST HID EREST ILE EREST HIE EREST LYS EREST GLN EREST PHE EREST PRO EREST TYR EREST HIP EREST GLU EREST HIS EREST TRP EREST GLY EREST 20_AA EREST ALA EREST ARG EREST CYS EREST ASN EREST LEU EREST MET EREST ASP EREST THR ATOM 1 H FIL T 496 99.152 95.849 30.985 1.15 ATOM 2 H FIL T 496 99.249 95.713 30.514 1.37 CONECT 1 2 ATOM 3 H FIL T 496 99.018 95.610 30.138 1.57 CONECT 2 3 ATOM 4 H FIL T 496 98.646 95.746 29.981 1.70 CONECT 3 4 ATOM 5 H FIL T 496 98.479 95.948 29.555 1.56 CONECT 4 5 ATOM 6 H FIL T 496 98.312 96.149 29.128 1.51 CONECT 5 6前面的EREST是指這些tunnel線不是真實(shí)的殘基如果我們想看到tunnel各部位radius的大小那么首先選定tunnel然后 點(diǎn)擊Tools -- General -- Shell在Shell里輸入如下命令注意不是命令行這步的原理是bfactor一般被記成溫度是非必須的列因此約定俗成的tunnel一般在這一列寫入radius參數(shù)將這個(gè)參數(shù)賦值給sphere球體大小的參數(shù)即可from chimerax.atomic import selected_atoms for a in selected_atoms(session): a.radius a.bfactor再在style里改成sphere即可然后可以把結(jié)構(gòu)與tunnel一起存成新pdbcombine #1,#2 name #33.Align攜帶HETATM原子的pdb模型的方法大家用過ChimeraX的一定知道Matchmaker工具可以直接把模型擬合到一起但如果其中帶了非殘基原子就無法被選中作為模板就算實(shí)現(xiàn)了也會(huì)有個(gè)問題——那個(gè)tunnel不會(huì)跟著移動(dòng)chimerax有如下命令但我試了所有參數(shù)無法實(shí)現(xiàn)需求大家可以試一下在Shell中以屏幕面為坐標(biāo)系整體移動(dòng)的方式align #2 CA toAtoms #1 CA move nothing reporMatrix true那么可以用pymol實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)再用ChimeraX渲染這個(gè)軟件最大的優(yōu)勢在于美觀load tunnel_merged_1.pdb, 1 load tunnel_merged_2.pdb, 2 super 1 and name ca, 2 and name ca貼一張我做的蛋白的圖融合了兩條相近的tunnel注如果出現(xiàn)了merge后的pdb在pymol中不顯示但chimerax里顯示的問題可能是pdb編碼格式被tunnel的寫法擾亂了重新保存新的tunnel再合并一下