Pymol - Práctica guiada

Pymol es un potente visualizor de moleculas muy práctico para trabajar con proteínas. Su interfaz puede parecer compleja en un primer momento, pero vereis que con un poco de práctica es sencilla y potente a la vez.

1. Buscamos la estructura 101M en PDB:

Dentro de la ficha de la proteína le damos a 'Download files + PDB File (Text)'

2. Abrimos pymol y cargamos la proteína desde el menú 'File + Open'

Con lo que veremos algo similar a esto:

que nos muestra una representación con el solvente (oxigenos, símbolo de suma rojo), y los amino ácidos en “lines” (veremos que significa más adelante). Vamos a cambiarlo para tener una mejor visión de la estructura.

3. Cambiar a “cartoon” y “rainbow”:

Hacemos click sobre la 'S' que está al lado de 101M y posteriomente seleccionamos 'as + cartoon'

A continuación vamos a pintarla como “rainbow”. De esta forma se pinta gradualmente la estructura de la proteína de forma que es más fácil comprender y visualizar su estructura. Hacemos click en la 'C' que está al lado de 101M y posteriormente seleccionamos 'spectrum + rainbow'

El resultado es el siguiente

La representación en cartoon es una represetación esquemática de la proteína donde se muestra la estructura secundaria de la proteína (el caso que estamos viendo la mayor parte de la proteína está compuesta de hélices alfa). Normalmente se trabaja con la proteína representado como cartoon y con unos pocos amino ácidos de interés en más detalle (“lines”, “sticks” y “spheres” son las repesentaciones más comunes).

De hecho, al haber utilizado una representación en cartoon no podemos ver ahora mismo los ligandos a los cuales se une esta proteína.

4. Mostrar secuencia y el ligando HEM (grupo hemo)

Para mostrar la secuencia, hacemos en el menú superior 'Display + Sequence'

Con los que nos aparecerá una línea con la secuencia de la proteína

Si vamos al final de la secuencia podemos seleccionar haciendo click el grupo hemo 'HEM', posición 155:

Al hacer click sobre el grupo HEM aparece un nuevo objeto “(sele)” en la parte derecha que hace referencia a los átomos o moléculas que tengamos seleccionados en cada momento. Podemos visualizar el grupo hemo haciendo click en la 'S' de “(sele)” y luego dándole a 'spheres':

Ahora vamos a pintar los átomos del ligando de distintos colores para poder diferenciarlos. En la 'C' de (sele) seleccionamos 'by element + CHNOS...' (con la C en blanco, por ejemplo)

Veamos en más detalle como es el binding entre el ligando y la proteína. Para ello hacemos click en la 'A' de (sele) y después 'modify + around + residues within 4 A'. Con lo que habremos seleccionado los amino ácidos que se encuentra a 4 angstroms o menos del ligando. Para verlos, hacemos click en la 'S' de (sele) y en 'sticks'

debiendo quedar algo como

Los pintamos por átomos como hicimos antes: 'C' de (sele) y 'by element + CHNOS...'

Haciendo click en el fondo negro perdemos la selección. Fijaros que si volveis a clicar en (sele) podeis recuperar la selección que teniais (hasta que hagais otra selección).

Si queremos ver en pantalla completa la estructura hemos de clicar en la 'F' que hay en la esquina inferior derecha. Podeis mover la estructura a vuestro gusto para explorar la zona de binding. Algunos movimientos básicos:

- Manteniendo pulsado el botón izquierdo del ratón en el fondo negro podeis rotar la estructura.- Manteniendo pulsado el botón derecho del ratón en el fondo negro podeis hacer zoom.- Manetiendo pulsado el botón central del ratón podeis desplazar la estructura.

Para volver a centrar la vista en la estructura podeis hacer click en la 'A' de 101M y darle a 'Zoom'

→

5. Medir distancias entre átomos

Vamos a medir, por ejemplo, la distancia entre átomos del amino ácido 45 ('R', arginina) y el ligando. Primero lo seleccionamos para localizarlo:

Podemos medir la distancia entre átomos desde el menú 'wizard + Measurement'

Clicamos primero en uno de los átomos y luego en el otro:

Otro medida más:

Para acabar de hacer medidas le damos a 'Done' en el cuadro de la derecha.

Si queremos que las imagenes aparezcon en alta definición hemos de hacer 'ray'. Lo podemos hacer desde el menú.

También podemos, como todo en pymol, hacerlo desde la línea de comandos de pymol:

El efecto es el siguiente:

Normalmente queda mejor usando un fondo blanco, que podeis seleccionar desde el menú 'Display + Background + White'. Si volvemos a hacer 'ray', obtemos:

Podemos salvar la imagen a un fichero desde el menú 'File + save image as + PNG...'

Para trabajar es más cómodo usar el fondo negro (aunque es cuestión de gustos...). Para volver al fondo negro hacemos 'Display + Background + Black'

6. (Opcional) Configuracion visuales por defecto.

Dándole a 'A' + 'preset' encontramos un varias configuraciones disponibles. Probad algunas de ellas.

Para el ejemplo anterior del sitio de binding la siguiente es interesante:

7. (Opcional) Mostrar contactos polares:

También podemos hallar los contactos polares en pymol fácilmente. Por ejemplo, vamos a ver los puentes de hidrógeno en una hélice alfa.

Nota: Por claridad he vuelto a poner la estrutura a su estado inicial haciendo otra vez (como hicimos al principio): 'S' + 'as + cartoon' y 'C' + 'spectrum + rainbow'

Seleccionamos los 21 primeros aminoácidos (podeis seleccionar uno y, dejando pulsado el botón del ratón, arrastrar para seleccionar los demás):

En (sele) le damos a 'find + polar contacts + within selection':

Con lo que obtenemos,

que tiene más sentido si hacemos click en (sele) y le damos a 'S' + 'as + Sticks'. Coloreando los átomos y haciendo zoom:

8. Superponiendo dominios

Primeros necesitamos descargar de PDB las proteínas 1ZVN, 2A62 y cargarlas en pymol. Cabe notar que estas proteínas son homólogas y tiene un porcentaje de identidad del 65% entre sí.

Es aconsejable ponerlas como cartoon. Podemos poner las dos al mismo como cartoon en 'all' → 'S + as + cartoon':

Podemos intentar superponerlas con el comando 'super' desde la línea de comandos:

El resultado no es satisfactorio:

Esto se debe a que ambas están compuestas de varios dominios y la orientación de estos no es igual en ambas proteínas.

Para conseguir un alineamiento estructural adecuado hemos de conseguir un dominio sólo de alguna de ellas. Para ello, vamos a seleccionar la cadena B de la proteína 1ZVN (en verde).

En la parte inferior derecha pinchamos, al lado “Selecting”, sobre “Residues” hasta que aparezca “Chains”. Esto nos permite seleccionar cadenas enteras en vez de sólo un amino ácido.

→

Mostramos la secuencia de las proteína con 'Display + Sequence'. Buscamos la cadena B de 1ZVN y la seleccionamos pinchando en la secuencia de B:

Hacemos click sobre 'A' en (sele) y 'copy to object', con lo que nos aparece el nuevo objeto obj01 que sólo contiene el dominio seleccionado. Clicamos sobre 1ZVN para que no nos la muestre. Así sólo veamos el dominio que queremos alinear.

En la consola de pymol hacemos 'super obj01, 2A62', con lo obtenemos el dominio bien alineado:

Se observa que estructuralmente, salvo pequeñas diferencias, son realmente parecidos. Es aconsejable hacer zoom sobre obj01 para poder rotar adecuadamente.

9. (Opcional) Mostrar potencial de contacto

Podemos mostrar los potenciales de contacto de la proteína, por ejemplo para obj01, desde 'A' + 'Generate + vacuum electrostatics + protein contact potential (local)'

Pero esto es sólo un cálculo rápido no fiable, sólo para darnos una idea. Hay otros software mucho mejores para realizar este cálculo que luego puede ser cargado en pymol. Uno bueno es APBC que además tiene un plugin que permite ser ejectuado desde pymol.

10. (Opcional) Ver dinámica

Descargamos la estructura 3ZPM de PDB que es un NMR. La ponemos en cartoon y en rainbow:

En la parte inferior derecha, le damos a botón de play para ver la dinámica de la proteína:

También podemos las zonas más variables de la siguiente forma:

ejecutamos el comando 'split_states'

Podemos ver un poco mejor las diferencias haciendo en 'all' 'C + by ss + Helix Sheet Loop (cualquiera)'

Se observa que las zonas de mayor movimiento son los loops.

Por último vamos a ver los b-factor. Los b-factor son valores que introducen los cristalógrofos para indicar la movilidad que tiene cada residuo.

Cargamos en pymol la proteína 1ZVN que utilizamos anteriormente. La ponemos en cartoon y hacemos 'C + spectrum + b-factor'. Resultado:

Cuanto más azul está un residuo, menos movilidad tiene. Aquí también vemos una mayor movilidad de los loops.

Podemos obtener otra imagen aún más descriptiva. Primero coloreamos en rainbow y luego hacemos con 'A + preset + b factor putty':

Cuanto más grosor, más movilidad.