蛋白质与生命活动及生理功能密不可分,蛋白质的功能依赖于蛋白质分子的固有结构复杂性,并且部分基于每个蛋白质结合特定配体的能力。在蛋白与配体相互作用过程中,一些氨基酸残基具有至关重要的作用,当这些氨基酸残基发生突变时,会造成蛋白质的物理化学性质、结构与功能等一系列的变化。本期内容就为大家分享在Chimera进行氨基酸的单点突变的操作方法。
天然氨基酸突变
本文中我们以Nudix水解酶 MTH1为例,首先导入蛋白结构,在菜单栏点击“File -> fetch by ID”,输入PDB ID:1B27;
然后在菜单栏点击“Tool -> Sequence -> Sequence -> 选择Chain A -> Show,可以看到Chain A的序列;
在序列面板中可通过鼠标左键按住并拖动的方式选择氨基酸,这里我们选择对116号氨基酸甲硫氨酸进行突变,选中该氨基酸然后鼠标右键在显示窗口中放大并居中显示;
为了方便观察,在菜单栏点击“Action -> Atom/Bonds -> Show”把氨基酸展示出来;
类似的,为了方便观察氨基酸突变后突变氨基酸周围残基的变化,我们将突变氨基酸5埃范围内的残基也显示出来。在菜单栏点击“Select -> Zone -> 勾选<5.0 Aangstroms from currently selected atoms -> OK”选中周围5Å范围内的残基,然后点击“Action -> Atom/Bonds -> Show”将它们显示出来;
下面取消所有选择,重新选择甲硫氨酸,接下来在菜单栏点击“Tools -> Structure editing -> Rotamers”在打开的面板中,“Rotamer”选择“LEU”即亮氨酸,“Rotamer library”可以选择Rotamer库,包括Dunbrack 2010、Dynameomics、Richardson(common-atom)、Richardson(mode);当我们选择不同的库时,面板下方会显示相应的参考文献,可以查看文献去了解有关库的信息,选择完成后,点击“Apply”运行即可;
突变后,会得到多个可能的结构,“Probability”为统计的概率,可以通过列表浏览每个结构,观察与周围的残基的碰撞情况,根据需要选择合适的结果;
也可在该面板中点击“Columns -> Add -> Clashes”来分析突变后结构与周围残基的接触情况;
这里我们就选择第一个可能性最大的结构,点击“Apply”即可。
非标准氨基酸的突变
对于非标准氨基酸的突变,可以借助一个插件,名为“SwissSidechain Chimera plugin”。
首先创建一个插件的新目录,根据自己的需求创建即可,然后下载“SwissSidechain_chimera.zip”文件;下载地址如下:https://swisssidechain.ch/data/SwissSidechain_chimera.zip将下载好的压缩包解压至新建的插件目录,然后打开Chimera并在菜单栏点击“Favorites -> Preferences”打开首选项面板;
设置“Category”为“Tools”,并在“Third-party plugin locations”项目栏点击“Add…”将包含SwissSidecchain文件夹的目录添加到插件位置中,如本例中的位置为“D:\Software\Chimera 1.16”;
设置完成后,重启Chimera,SwissSidechain模块应该出现在“Tools -> Structure Editing”菜单栏中;
要进行氨基酸突变时,选中要突变的氨基酸,在菜单栏点击“Tools -> Structure Editing -> SwissSidechain” ,在弹出的面板中,“Rotamer type”选择SwissSidechain的一个非天然侧链,然后单击“Apply”即可,之后类似于标准氨基酸突变的方法选择结构即可。
此外,通过命令也可以很容易的实现类似的效果,语法为:
swapnaa Newres #Object:ResNumber.Chain
例如,将对象0中E链上的82号残基突变为氨基丁酸(Aminobutyric acid,ABA),可输入以下命令:
swapnaa ABA #0:82.E
D-氨基酸突变
在Chimera中,还可以借助“D_SwissSidechain_chimera”插件将残基突变为天然或非天然的D-氨基酸。
D_SwissSidechain_chimera插件的下载地址如下:https://swisssidechain.ch/data/D_SwissSidechain_chimera.zipD_SwissSidechain_chimera与SwissSidechain Chimera插件的安装方式是一样的,使用方法也是类似的,不同的是,需要将“swapnaa”命令修改为“swapdaa”命令。
也可以使用菜单栏进行操作,在菜单栏点击“Tools -> Structure Editing -> D-SwissSidechain”,在弹出的面板中,“Rotamer type”选择SwissSidechain的一个要突变的侧链,然后单击“Apply”即可。
参考资料:
https://www.cgl.ucsf.edu/chimerax/docs/user/tools/rotamers.html
https://swisssidechain.ch/visualization/chimera.php
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