Name: Modellierung einer Enzym-Aktiv-Site mit Molekularer Visualisierung Freeware (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-12-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 37 s
Description: Lernen Sie die Modellierung der Aktivstelle des Enzyms Glucokinase mit vier kostenlosen Programmen: iCn3D, Jmol, PyMOL und UCSF ChimeraX. Dieses Tutorial zeigt Schritt-für-Schritt-Anleitungen zur Visualisierung von Liganden und Aminosäuren.

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Die Finanzierung dieser Arbeit wurde von der National Science Foundation bereitgestellt:
Verbesserung des MINT-Ausbildungszuschusses für Studenten (Award #1712268)
Research Coordination Networks in Undergraduate in Undergraduate Biology Education (Auszeichnung Nr. 1920270)
Wir danken Karsten Theis, PhD, Westfield University, für hilfreiche Diskussionen über Jmol.

Die Autoren erklären, dass sie keine relevanten oder wesentlichen finanziellen Interessen haben, die sich auf die in diesem Artikel beschriebene Forschung beziehen.

Dieses Protokoll skizziert einen zehnstufigen Prozess zur Modellierung eines enzymaktiven Zentrums, der auf vier beliebte Programme zur biomolekularen Modellierung angewendet wird. Die kritischen Schritte des Protokolls sind: Identifizierung der Liganden im aktiven Zentrum, Auswahl von Resten innerhalb von 5 Å, um ein aktives Zentrum zu definieren, und Darstellung der Wechselwirkungen des Enzyms mit den Liganden des aktiven Zentrums. Die Unterscheidung der für die biologische Funktion relevanten Liganden ist von größter Bedeutung, da dies dem Benutzer ermöglicht, die Aminosäurereste innerhalb von 5 Å zu definieren, die eine Rolle bei der Bindung der Liganden spielen können. Schließlich ermöglicht die Verwendung des Programms zur Anzeige molekularer Interaktionen dem Benutzer, die Fähigkeiten zu entwickeln, die notwendig sind, um die molekularen Wechselwirkungen zu verstehen, die die Bindung fördern.
Eine Einschränkung computergestützter molekularer Modellierungsprotokolle ist die Abhängigkeit von bestimmten Befehlen und Syntax. Während biochemische Protokolle gegenüber kleinen Verfahrensänderungen tolerant sein können, können computergestützte Untersuchungen zu sehr unterschiedlichen Endprodukten führen, wenn das Verfahren nicht genau eingehalten wird. Dies ist besonders wichtig, wenn Befehlszeilenschnittstellen verwendet werden, bei denen eine programmspezifische Syntax erforderlich ist, um eine bestimmte Ausgabe zu erreichen, und eine scheinbar unbedeutende Änderung der Interpunktion oder Großschreibung dazu führen kann, dass ein Befehl fehlschlägt. Für jedes Programm gibt es verschiedene Wikis und Handbücher, in denen ein Benutzer Befehlszeileneingaben finden und Fehler beheben kann. Der Benutzer sollte sorgfältig auf die Details der Befehlssyntax achten. Obwohl die meisten molekularen Visualisierungsprogramme Rückgängig-Befehle enthalten, kehrt der Rückgängig-Befehl aufgrund der Komplexität der Schnittstellen den zuletzt ausgeführten Schritt nicht immer originalgetreu um. Daher wird das Speichern des aktuellen Arbeitszustands oft empfohlen, insbesondere für neue Benutzer.
Weitere Einschränkungen können sich aus den Daten ergeben, die zum Erstellen des Modells selbst verwendet werden. Während die der Protein-Datenbank innewohnenden Standards ein gewisses Maß an Konsistenz gewährleisten, werden Benutzer von molekularen Visualisierungsprogrammen bei einem Protein-Rendering oft auf unerwartete Effekte stoßen. Erstens werden die meisten Strukturen mit Hilfe der Röntgenkristallographie bestimmt, die ein einziges Modell des Proteins liefert; NMR-Strukturen bestehen jedoch häufig aus mehreren Modellen, die einzeln visualisiert werden können. Zweitens können Strukturen, die aus Kristallographie- oder kryogenen elektronenmikroskopischen Experimenten bestimmt wurden, Atome enthalten, deren Position nicht aufgeklärt werden kann und als Lücken in bestimmten Darstellungen des Proteins erscheinen. Proteinstrukturen können alternative Konformationen von Seitenketten aufweisen, die, wenn sie im Stick-Rendering angezeigt werden, als zwei Gruppen erscheinen, die aus demselben Aminosäure-Rückgrat herausragen. Selbst kurze Abschnitte des Rückgrats können solche alternativen Konformationen aufweisen, und manchmal werden Liganden in der aktiven Stelle in mehr als einer Bindungskonformation überlagert.
Für eine Kristallstruktur umfassen die abgeschiedenen 3D-Koordinaten alle Komponenten der asymmetrischen Einheit, die genügend Informationen liefert, um die sich wiederholende Einheit eines Proteinkristalls zu reproduzieren. Manchmal enthält diese Struktur zusätzliche Proteinketten im Vergleich zur biologisch aktiven Form des Proteins (z. B. fetale Hämoglobinmutante, PDB-ID: 4MQK). Umgekehrt laden einige Programme möglicherweise nicht automatisch alle Ketten der biologisch aktiven Einheit. Zum Beispiel lädt die SARS-CoV2-Hauptprotease (PDB ID: 6Y2E) die Hälfte des biologisch aktiven Dimers (bestehend aus zwei Proteinketten), wenn sie mit den in diesem Protokoll beschriebenen Befehlen in ChimeraX, PyMOL und Jmol abgerufen wird. Obwohl eine geringfügige Änderung des Befehls das biologisch aktive Dimer lädt, ist diese Überlegung für den unerfahrenen Modellierungsprogrammbenutzer möglicherweise nicht einfach. Ein anderes Problem, das auftreten kann, ist die Identifizierung des aktiven Zentrums oder Substrats selbst. Kristallographische Experimente werden mit einer Vielzahl von Molekülen durchgeführt, die in die endgültige Struktur modelliert werden können. Zum Beispiel können Sulfatmoleküle Phosphatbindungsstellen im aktiven Zentrum binden, oder sie können andere Regionen binden, die für den Mechanismus nicht relevant sind. Diese Moleküle können die korrekte Identifizierung des aktiven Zentrums selbst verschleiern und dem Schüler sogar suggerieren, dass sie Teil des Mechanismus sind.
Vermutlich wird der Benutzer dieses Verfahren auf andere aktive/verbindliche Websites anwenden wollen. Um dieses Protokoll in zukünftigen Arbeiten zur Analyse neuer proteinaktiver Zentren anzuwenden, muss der Benutzer identifizieren, welche der gebundenen Liganden für die Funktion relevant sind. Einige Liganden sind nicht mit der Proteinfunktion assoziiert und sind stattdessen das Ergebnis der Lösungsmittel- oder Kristallisationsbedingungen, die zur Durchführung des Experiments verwendet wurden (z. B. das kaliumion, das im 3FGU-Modell vorhanden ist). Die Schlüsselliganden sollten durch Konsultation des Originalmanuskripts identifiziert werden. Mit Übung und gegebenenfalls einem Verständnis der Zeilenbefehlssyntax wird ein Benutzer in der Lage sein, das Protokoll für das gewünschte Modellierungsprogramm auf jede aktive Enzymstelle anzuwenden und andere Makromoleküle seiner Wahl zu modellieren.
Die Identifizierung und Analyse gebundener Substrate und Liganden ist von zentraler Bedeutung für die Aufklärung molekularer Mechanismen und strukturbasierter Bemühungen um das Arzneimitteldesign, die direkt zu Verbesserungen bei der Behandlung von Krankheiten geführt haben, einschließlich des erworbenen Immunschwächesyndroms (AIDS) und COVID-1947,48,49,50,51,52 . Während einzelne molekulare Visualisierungsprogramme unterschiedliche Schnittstellen und Benutzererfahrungen bieten, bieten die meisten vergleichbare Funktionen. Für die Entwicklung der biomolekularen Visualisierungskompetenz ist es wichtig, dass sich Biochemiestudenten der oberen Ebene mit der Strukturvisualisierung und den Werkzeugen zur Erzeugung solcher Bilder vertraut machen4,20,53. Dies ermöglicht es den Studierenden, über die Interpretation zweidimensionaler Bilder in Lehrbüchern und Zeitschriftenartikeln hinauszugehen und leichter eigene Hypothesen aus Strukturdaten zu entwickeln54, die sich entwickelnde Wissenschaftler darauf vorbereiten, zukünftige Fragen der öffentlichen Gesundheit anzugehen und das Verständnis biochemischer Prozesse zu verbessern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Protokoll die Aktive-Site-Modellierung mit vier führenden kostenlosen makromolekularen Modellierungsprogrammen detailliert beschreibt. Unsere Community, BioMolViz, verfolgt einen nicht softwarespezifischen Ansatz für die biomolekulare Modellierung. Wir haben ausdrücklich eine Kritik oder einen Vergleich von Programmfunktionen vermieden, obwohl ein Benutzer, der jedes Programm abfragt, wahrscheinlich feststellen wird, dass er bestimmte Aspekte der makromolekularen Modellierung in einem Programm gegenüber einem anderen bevorzugt. Wir laden die Leser ein, das BioMolViz Framework zu verwenden, das die biomolekularen visualisierungsbasierten Lernziele und -ziele in diesem Protokoll detailliert beschreibt, und Ressourcen für das Lehren und Lernen der biomolekularen Visualisierung über die BioMolViz-Community-Website unter http://biomolviz.org zu erkunden.

Das Verständnis von Repräsentationen der molekularen Welt ist entscheidend, um ein Experte in den biomolekularen Wissenschaften zu werden1, da die Interpretation solcher Bilder der Schlüssel zum Verständnis der biologischen Funktionist 2. Die Einführung eines Lernenden in Makromoleküle erfolgt normalerweise in Form von zweidimensionalen Lehrbuchbildern von Zellmembranen, Organellen, Makromolekülen usw., aber die biologische Realität ist, dass dies dreidimensionale Strukturen sind und ein Verständnis ihrer Eigenschaften Möglichkeiten erfordert, die Bedeutung von 3D-Modellen zu visualisieren und zu extrahieren.
Dementsprechend hat die Entwicklung der biomolekularen visuellen Kompetenz in molekularen Life-Science-Kursen der oberen Division Aufmerksamkeit erregt, wobei eine Reihe von Artikeln über die Bedeutung und schwierigkeiten der Vermittlung und Bewertung von Visualisierungsfähigkeitenberichten 1,3,4,5,6,7,8,9 . Die Reaktion auf diese Artikel war eine Zunahme der Anzahl der Interventionen im Klassenzimmer, typischerweise innerhalb eines Semesters in einer einzigen Institution, wobei molekulare Visualisierungsprogramme und -modelle verwendet werden, um schwierige Konzepte2,10,11,12,13,14,15 . Darüber hinaus haben Forscher versucht zu charakterisieren, wie Studenten biomolekulare Visualisierungsprogramme und / oder Modelle verwenden, um sich einem bestimmten Thema zu nähern16,17,18,19. Unsere eigene Gruppe, BioMolViz, hat ein Framework beschrieben, das übergreifende Themen in der visuellen Kompetenz in Lernziele unterteilt, um solche Interventionen zu leiten20,21, und wir leitenWorkshops,die Die Fakultät darin schulen, das Framework im Rückwärtsdesign von Assessments zu verwenden, um visuelle Fähigkeiten zu messen22.
Im Zentrum all dieser Arbeit steht eine entscheidende Fähigkeit: die Fähigkeit, Strukturen von Makromolekülen mit Programmen zur biomolekularen Visualisierung zu manipulieren. Diese Tools wurden unabhängig voneinander unter Verwendung einer Vielzahl von Plattformen entwickelt. Daher können sie in ihrer Bedienung und Verwendung ziemlich einzigartig sein. Dies erfordert programmspezifische Anweisungen, und die Identifizierung eines Programms, mit dem ein Benutzer vertraut ist, ist wichtig, um die weitere Implementierung zu erleichtern.
Neben den Grundlagen der Manipulation von Strukturen in 3D (Drehen, Auswählen und Ändern des Modells) besteht ein Hauptziel darin, den aktiven Ort eines Proteins zu modellieren. Dieser Prozess ermöglicht es einem Lernenden, sein Verständnis in drei übergreifenden Themen zu entwickeln, die vom BioMolViz Framework beschrieben werden: molekulare Wechselwirkungen, Liganden / Modifikationen und Struktur-Funktions-Beziehungen20,21.
Vier beliebte Programme zur biomolekularen Visualisierung sind: Jmol/JSmol23, iCn3D24, PyMOL25und UCSF Chimera26,27. Wir ermutigen diejenigen, die neu bei Chimera sind, UCSF ChimeraX zu verwenden, die nächste Generation des Chimera-Molekularvisualisierungsprogramms, das die derzeit unterstützte Version des Programms ist.
In diesem Protokoll demonstrieren wir, wie jedes dieser vier Programme verwendet werden kann, um das aktive Zentrum der menschlichen Glucokinase mit einem gebundenen Substratanalogkomplex (PDB-ID: 3FGU) zu modellieren und Messungen zur Veranschaulichung spezifischer Bindungsinteraktionen anzuzeigen28. Das Modell stellt einen katalytischen Komplex des Enzyms dar. Um das aktive Zentrum im Präkatalysezustand zu erfassen, wurde ein nicht hydrolysierbares Analogon von ATP an das aktive Glucokinase-Zentrum gebunden. Dieser Phosphoaminophosphonsäure-Adenylatester (ANP) enthält anstelle der üblichen Phosphor-Sauerstoff-Bindung an dieser Position eine Phosphor-Stickstoff-Bindung. Das aktive Zentrum enthält auch Glukose (im Modell als BCG bezeichnet) und Magnesium (als MG bezeichnet). Zusätzlich befindet sich ein Kaliumion (K) in der Struktur, das aus Kaliumchlorid resultiert, das im Kristallisationslösungsmittel verwendet wird. Dieses Ion ist für die biologische Funktion nicht kritisch und befindet sich außerhalb des aktiven Zentrums.
<img alt="Molekulare Strukturen von ATP und ANP, chemische Diagramme, Nukleotidtriphosphat-Vergleich." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig01.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 1"> Abbildung 1: ATP/ANP-Strukturen. Adenosintriphosphat (ATP) Struktur im Vergleich zum Phosphoaminophosphonsäure-Adenylatester (ANP). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Das Protokoll demonstriert die Auswahl der gebundenen Liganden des Substratanalogkomplexes und die Identifizierung von Resten der aktiven Stelle innerhalb von 5 Å des gebundenen Komplexes, der Aminosäuren und Wassermoleküle einfängt, die in der Lage sind, relevante molekulare Wechselwirkungen herzustellen, einschließlich hydrophober und Van-der-Waals-Wechselwirkungen.
Das Display wird zunächst manipuliert, um den Großteil des Proteins in einer Cartoon-Darstellung zu zeigen, wobei die Aminosäurereste des aktiven Zentrums in Stick-Darstellung die relevanten Atome des Proteins zeigen und die molekularen Wechselwirkungen hervorheben. Nach Schritt 3 des Protokolls für jedes Programm wurden diese Darstellungen angewendet und die Sicht auf das Protein ist programmübergreifend ähnlich (Abbildung 2). Am Ende des Protokolls wird der Protein-Cartoon ausgeblendet, um die Ansicht zu vereinfachen und sich auf das aktive Zentrum zu konzentrieren.
<img alt="Visualisierung der Proteinstruktur, 3D-Modelle mit ChimeraX, iCn3D, Jmol, PyMOL. Diagramm für die Analyse." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig02.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 2"> Abbildung 2:Strukturvergleich zwischen Programmen. Vergleich der Struktur von 3FGU in jedem Programm nach dem Schritt Darstellung anpassen (Schritt 2 oder 3 jedes Protokolls). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
CPK-Färbung wird auf die Aminosäuren des aktiven Zentrums und die gebundenen Liganden29,30aufgetragen. Dieses Farbschema unterscheidet Atome verschiedener chemischer Elemente in molekularen Modellen, die in Linien-, Stock-, Kugel- und Stock- und raumfüllenden Darstellungen dargestellt sind. Wasserstoff ist weiß, Stickstoff ist blau, Sauerstoff ist rot, Schwefel ist gelb und Phosphor ist orange im CPK-Farbschema. Traditionell wird Schwarz für Kohlenstoff verwendet, obwohl die Kohlenstofffärbung im modernen Gebrauch variieren kann.
Wasserstoffatome sind in Kristallstrukturen nicht sichtbar, obwohl jedes dieser Programme in der Lage ist, ihre Position vorherzusagen. Das Hinzufügen der Wasserstoffatome zu einer großen makromolekularen Struktur kann die Sicht verdecken, daher werden sie in diesem Protokoll nicht angezeigt. Dementsprechend werden Wasserstoffbrückenbindungen durch Messung aus dem Zentrum zweier Heteroatome (z.B. Sauerstoff zu Sauerstoff, Sauerstoff zu Stickstoff) in diesen Strukturen gezeigt.
Programmübersichten Herunterladbare grafische Benutzeroberflächen (GUIs): PyMOL (Version 2.4.1), ChimeraX (Version 1.2.5) und Jmol (Version 1.8.0_301) sind GUI-basierte molekulare Modellierungswerkzeuge. Diese drei Schnittstellen verfügen über Befehlszeilen zur Eingabe von typisiertem Code. Viele der gleichen Funktionen sind über Menüs und Schaltflächen in der GUI verfügbar. Ein häufiges Merkmal in der Befehlszeile dieser Programme ist, dass der Benutzer vorherige Befehle mit den Pfeiltasten nach oben und unten auf der Tastatur laden und erneut ausführen kann.
Webbasierte GUIs: iCn3D (I-see-in-3D) ist ein WebGL-basierter Viewer zur interaktiven Anzeige von dreidimensionalen makromolekularen Strukturen und Chemikalien im Web, ohne dass eine separate Anwendung installiert werden muss. Es verwendet keine Befehlszeile, obwohl die vollständige Webversion über ein bearbeitbares Befehlsprotokoll verfügt. JSmol ist eine JavaScript- oder HTML5-Version von Jmol zur Verwendung auf einer Website oder in einem Webbrowser-Fenster und ist in der Bedienung Jmol sehr ähnlich. JSmol kann verwendet werden, um Online-Tutorials einschließlich Animationen zu erstellen.
Proteopedia31,32, FirstGlance in Jmol33und das JSmol Web Interface (JUDE) am Milwaukee School of Engineering Center for BioMolecular Modeling sind Beispiele für solche Jmol-basierten Online-Designumgebungen34. Das Proteopedia-Wiki ist ein Lehrmittel, das es dem Benutzer ermöglicht, eine Makromolekülstruktur zu modellieren und Seiten mit diesen Modellen innerhalb der Website35zu erstellen. Das Proteopedia-Szenen-Authoring-Tool, das mit JSmol erstellt wurde, integriert eine GUI mit zusätzlichen Funktionen, die in der Jmol-GUI nicht verfügbar sind.
Jmol und iCn3D basieren auf der Programmiersprache Java; JSmol verwendet entweder Java oder HTML5, und PyMOL und ChimeraX basieren auf der Programmiersprache Python. Jedes dieser Programme lädt Proteindatenbankdateien, die von der RCSB Protein Data Bank unter einer 4-stelligen alphanumerischen PDB ID36,37heruntergeladen werden können. Die gebräuchlichsten Dateitypen sind Protein Data Bank (PDB)-Dateien mit der Erweiterung .pdb und Crystallographic Information File (CIF oder mmCIF) mit der Erweiterung .cif. CIF hat PDB als Standarddateityp für die Proteindatenbank abgelöst, aber beide Dateiformate funktionieren in diesen Programmen. Es kann geringfügige Unterschiede in der Art und Weise geben, wie die Sequenz / Struktur angezeigt wird, wenn CIF im Gegensatz zu PDB-Dateien verwendet wird. Die Dateien funktionieren jedoch ähnlich und die Unterschiede werden hier nicht im Detail behandelt. Die Molecular Modeling Database (MMDB), ein Produkt des National Center for Biotechnology Information (NCBI), ist eine Teilmenge von PDB-Strukturen, denen kategoriale Informationen zugeordnet wurden (z. B. biologische Merkmale, konservierte Proteindomänen)38. iCn3D, ein Produkt des NCBI, ist in der Lage, PDB-Dateien zu laden, die die MMDB-Daten enthalten.
Um ein Modell anzuzeigen, kann der Benutzer die gewünschte Datei von der dedizierten Proteindatenbankseite für die Struktur herunterladen (z. B. https://www.rcsb.org/structure/3FGU) und dann das Dropdown-Menü Datei des Programms verwenden, um die Struktur zu öffnen. Alle Programme sind auch in der Lage, eine Strukturdatei direkt über die Schnittstelle zu laden, und diese Methode ist in den Protokollen detailliert beschrieben.
Die ChimeraX-, Jmol- und PyMOL-GUIs enthalten jeweils ein oder mehrere Fenster der Konsole, deren Größe durch Ziehen der Ecke geändert werden kann. iCn3D und JSmol sind vollständig in einem Webbrowser enthalten. Bei der Verwendung von iCn3D muss der Benutzer je nach Bildschirmgröße und Auflösung möglicherweise innerhalb der Popup-Fenster scrollen, um alle Menüelemente anzuzeigen.
Die hier beschriebenen Protokolle bieten eine einfache Methode, um den aktiven Standort des Enzyms mit jedem Programm anzuzeigen. Es sollte beachtet werden, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, die Schritte in jedem Programm auszuführen. Zum Beispiel kann in ChimeraX die gleiche Aufgabe über Dropdown-Menüs, die Symbolleiste oben oder die Befehlszeile ausgeführt werden. Benutzer, die daran interessiert sind, ein bestimmtes Programm im Detail zu lernen, werden ermutigt, die Online-Tutorials, Handbücher und Wikis zu erkunden, die für diese Programme39,40,41,42,43,44,45,46verfügbar sind.
Vorhandene Handbücher und Lernprogramme für diese Programme stellen die Elemente in diesem Protokoll als diskrete Aufgaben dar. Um eine aktive Site anzuzeigen, muss der Benutzer die erforderlichen Operationen aus den verschiedenen Handbüchern und Tutorials synthetisieren. Dieses Manuskript ergänzt bestehende Tutorials, indem es ein lineares Protokoll zur Modellierung eines markierten aktiven Zentrums mit molekularen Interaktionen vorstellt und dem Benutzer eine Logik für die Modellierung aktiver Standorte zur Verfügung stellt, die auf andere Modelle und Programme angewendet werden kann.
<img alt="ChimeraX-Schnittstelle mit Anzeige des Proteinstruktur-Viewers, Symbolleiste und Befehlszeile für die molekulare Modellierung." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig03.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 3"> Abbildung 3: ChimeraX GUI. ChimeraX GUI-Schnittstelle mit den Dropdown-Menüs, der Symbolleiste, dem Struktur-Viewer und der Befehlszeile. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Statisches Gleichgewicht; Diagramm des katalytischen Glucokinase-Komplexes des menschlichen Glucokinase; Struktur-Betrachter; Sequenzen Popup." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig04.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 4"> Abbildung 4: iCn3D GUI. iCn3D GUI-Schnittstelle mit den Dropdown-Menüs, der Symbolleiste, dem Struktur-Viewer, dem Befehlsprotokoll, dem Popup-Fenster für Auswahlsätze und den Popup-Menüs für Sequenzen und Anmerkungen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Visualisierung der Molekularstruktur mit Jmol, Symbolleiste und Konsole für Befehlseingabe und Analyse." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig05.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 5"> Abbildung 5: Jmol GUI. Jmol GUI-Schnittstelle mit den Dropdown-Menüs, der Symbolleiste, dem Struktur-Viewer, dem Popup-Menü und der Konsole / Befehlszeile. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="PyMOL-Softwareschnittstelle mit Proteinstruktur, Befehlszeile und interaktiven Steuerelementen." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig06.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 6"> Abbildung 6:PyMOL GUI. PyMOL GUI-Schnittstelle mit den Dropdown-Menüs, dem Struktur-Viewer, dem Namen/Objekt-Panel, dem Maussteuerungsmenü und der beschrifteten Befehlszeile. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

<table><tbody><tr><td>ChimeraX (Version 1.2.5) https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Computer</td><td></td><td></td><td>Beliebig</td></tr><tr><td>iCn3D (nur webbasiert: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/icn3d/full.html)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Java (für Jmol) https://java.com/en/download/</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Jmol (Version 1.8.0_301) http://jmol.sourceforge.net/</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Maus (optional)</td><td></td><td></td><td>Beliebiges</td></tr><tr><td>PyMOL (Version 2.4.1 - für Bildungszwecke): https://pymol.org/2 nur für Bildungszwecke: https://pymol.org/edu/?q=educational</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

modellierung einer enzym-aktiv-site mit molekularer visualisierung freeware

Modeling an Enzyme Active Site using Molecular Visualization Freeware

Biomolekulare Visualisierungsfähigkeiten sind von größter Bedeutung für das Verständnis von Schlüsselkonzepten in den Biowissenschaften, wie Struktur-Funktions-Beziehungen und molekulare Interaktionen. Verschiedene Programme ermöglichen es einem Lernenden, 3D-Strukturen zu manipulieren, und biomolekulare Modellierung fördert aktives Lernen, baut Rechenfähigkeiten auf und schließt die Lücke zwischen zweidimensionalen Lehrbuchbildern und den drei Dimensionen des Lebens. Eine entscheidende Fähigkeit in diesem Bereich besteht darin, eine aktive Proteinstelle zu modellieren, die Teile des Makromoleküls anzeigt, die mit einem kleinen Molekül oder Liganden auf eine Weise interagieren können, die Bindungsinteraktionen zeigt. In diesem Protokoll beschreiben wir diesen Prozess mit vier frei verfügbaren makromolekularen Modellierungsprogrammen: iCn3D, Jmol/JSmol, PyMOL und UCSF ChimeraX. Dieser Leitfaden richtet sich an Studenten, die die Grundlagen eines bestimmten Programms erlernen möchten, sowie an Ausbilder, die biomolekulare Modellierung in ihren Lehrplan integrieren. Das Protokoll ermöglicht es dem Benutzer, eine aktive Site mit einem bestimmten Visualisierungsprogramm zu modellieren oder mehrere der verfügbaren kostenlosen Programme zu testen. Das für dieses Protokoll gewählte Modell ist die humane Glucokinase, eine Isoform des Enzyms Hexokinase, die den ersten Schritt der Glykolyse katalysiert. Das Enzym ist an eines seiner Substrate sowie an ein nicht-reaktives Substratanalogon gebunden, das es dem Benutzer ermöglicht, Wechselwirkungen im katalytischen Komplex zu analysieren.

Ein erfolgreich ausgeführtes Protokoll für jedes der Programme führt zu einem molekularen Modell, das auf das aktive Zentrum gezoomt wird, wobei aktive Zentrumsreste und Liganden als Sticks angezeigt werden, der Protein-Cartoon versteckt und Liganden mit einem kontrastierenden Farbschema angezeigt werden. Interagierende Aminosäurereste sollten mit ihren Identifikatoren markiert und Wasserstoffbrückenbindungen und ionische Wechselwirkungen mit Linien gezeigt werden. Das Vorhandensein dieser Merkmale kann durch visuelle Inspektion des Modells bestimmt werden.
Um diese Inspektion zu erleichtern und es dem Benutzer zu ermöglichen, festzustellen, ob er die Schritte des Protokolls korrekt ausgeführt hat, haben wir animierte Abbildungen bereitgestellt, die nach jedem Schritt ein Bild der Struktur darstellen. Für ChimeraX, iCn3D, Jmol und PyMOL ist dies in den Abbildungen 7-10dargestellt.
Abbildung 7: ChimeraX-Protokollausgabe. Animierte Figur, die die Schritte 1.1-1.8 des ChimeraX-Protokolls veranschaulicht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/Figure%207.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.</a>
Abbildung 8: iCn3D-Protokollausgabe. Animierte Abbildung, die die Schritte 2.1-2.8 des iCn3D-Protokolls veranschaulicht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/Figure%208.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.</a>
Abbildung 9: Ausgabe des Jmol-Protokolls. Animierte Abbildung, die die Schritte 3.1-3.8 des Jmol-Protokolls veranschaulicht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/Figure%209.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.</a>
Abbildung 10:Ausgabe des PyMOL-Protokolls. Animierte Abbildung, die die Schritte 4.1-4.8 des PyMOL-Protokolls veranschaulicht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/Figure%2010.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.</a>
Der häufigste Fehler, der das Ergebnis dieser Protokolle beeinflussen kann, ist eine fehlerhafte Auswahl, die dazu führt, dass ein Teil der Struktur in einem unerwünschten Rendering angezeigt wird. Dies ist in der Regel auf ein falsches Klicken zurückzuführen, entweder auf die Struktur selbst oder auf eine der Schaltflächen des Anzeigemenüs. Ein Beispiel für ein suboptimales Ergebnis wäre ein Modell, das Rückstände außerhalb der aktiven Stelle enthält, die als Sticks angezeigt werden. Der Benutzer kann mit der Analyse beginnen, ob dieser Fehler aufgetreten ist, indem er die als Sticks angezeigten Rückstände visuell inspiziert und sicherstellt, dass sie sich in der Nähe der Liganden des aktiven Zentrums befinden. Eine fortgeschrittene Methode zur Bewertung, ob die angezeigten Rückstände innerhalb von 5Å der aktiven Standortliganden liegen oder nicht, besteht darin, die in jedes Programm integrierten Messwerkzeuge zu verwenden, um den Abstand zwischen einem nahe gelegenen Liganden und dem Rest des aktiven Standorts zu messen. Die Messwerkzeuge sprengen den Rahmen dieses Manuskripts; Wir empfehlen interessierten Benutzern jedoch, die vielen Online-Tutorials zu erkunden, die diese Art von Analyse detailliert beschreiben.
Wir präsentieren ein spezifisches Beispiel für eine suboptimale Ausführung dieses Protokolls, die sich aus einem falschen Klick auf das Namens- / Objektfeld in der PyMOL ergibt. Dieser Fehler zeigt das gesamte Protein als Sticks an, anstatt nur die aktive Stelle mit dieser Darstellung anzuzeigen, wie in Abbildung 11dargestellt.
<img alt="Protein-Strukturdiagramm; 3D-Modell der komplexen Proteinfaltung, das molekulare Wechselwirkungen visualisiert." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig11.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 11"> Abbildung 11: Negatives Ergebnis. Beispiel für ein negatives Ergebnis. Falsche Auswahl des vollständigen Cartoons in PyMOL und Anzeige von Sticks. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig11large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Zur Fehlerbehebung muss der Benutzer die Sticks für das gesamte Modell ausblenden (im Bedienfeld "Namen/Objekt" mit 3FGU beschriftet) und dann die Stickdarstellung nur für die Auswahl mit dem Namen "active" anzeigen, indem er die Schaltflächen/Befehle zum Ausblenden und Anzeigen in PyMOL verwendet. Die Wiederherstellung des Modells nach dieser Art von Fehler ist relativ einfach, sobald der Benutzer in der Lage ist, geeignete Auswahlen für verschiedene Teile des Modells zu erstellen und diese effektiv anzuzeigen und auszublenden. Es ist verlockend, das Protokoll neu zu starten und die Schritte ein anderes Mal durchzuarbeiten. Wir empfehlen dem Benutzer jedoch, keine Angst zu haben, "vom Skript abzuweichen" und mit dem Modell zu experimentieren. Unserer Erfahrung nach erleichtert das Durcharbeiten von Darstellungsfehlern den Fortschritt beim Verständnis des Modellierungsprogramms.
Eine Side-by-Side-Anzeige der endgültigen Ausgabe eines erfolgreich ausgeführten Protokolls für jedes Programm ist in Abbildung 12dargestellt. Die Ansichten sind ähnlich ausgerichtet, damit der Benutzer das Aussehen der in verschiedenen Programmen erstellten Modelle vergleichen kann.
<img alt="Protein-Liganden-Interaktionsdiagramme mit molekularen Strukturen und Wasserstoffbrückenbindungsanalyse." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63170/63170fig12.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 12"> Abbildung 12: Endgültiger Strukturvergleich zwischen Programmen. Vergleich der Struktur jedes aktiven Site-Renderings am Ende des Protokolls. A: ChimeraX, B: iCn3D, C: Jmol, D: PyMOL. Das PyMOL Active Site Label umfasst alle Aktiven-Site-Reste und die Liganden. Die anderen Ausgänge haben nur wasserstoffgebundene Seitenketten beschriftet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63170/63170fig12large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Eine Schlüsselkompetenz in der biomolekularen Modellierung ist die Darstellung und Annotation aktiver Zentren in Proteinen. Diese Technik wird mit vier beliebten kostenlosen Programmen für die makromolekulare Visualisierung demonstriert: iCn3D, Jmol, PyMOL und UCSF ChimeraX.

Modellierung einer Enzym-Aktiv-Site mit Molekularer Visualisierung Freeware

Biomolecular visualization skills are paramount to understanding key concepts in the biological sciences, such as structure-function relationships and ...

Die Visualisierung biologischer Makromoleküle ist eine entscheidende Fähigkeit für Studenten und Fachleute in den Biowissenschaften. In diesem Protokoll demonstrieren wir, wie das aktive Zentrum des Enzyms Glucokinase mit vier frei verfügbaren Programmen zur molekularen Modellierung modelliert werden kann. Dieses Tutorial hebt mehrere Schritte des Protokolls für jedes Programm hervor, einschließlich der Auswahl gebundener Liganden und der Verwendung der Liganden zur Anzeige von Aminosäuren und Wassermolekülen innerhalb von fünf Angströmen.Die unterstützenden Informationen dieses Manuskripts enthalten ein spezielles Video für jedes Programm, das alle Schritte des Protokolls mit weiteren Erklärungen beschreibt. Die Struktur wird PDBID modellieren. 3FGU stellt den katalytischen Komplex des Enzyms Glucokinase dar.Das aktive Zentrum des Enzyms ist an zwei seiner Substrate gebunden, Beta-D-Glucose, die den Identifikator BGC und ein Magnesiumion MG erhalten hat. Zusätzlich ist dieses Substratanalogon, ein Phosphoaminophosphorsäure, Adenylatester, ANP an das aktive Glucokinase-Zentrum gebunden. Dieses nicht hydrolysierbare Analogon von Adenosintriphosphat, ATP, verhindert das Auftreten der Phosphorylierungsreaktion, die den Active-Site-Komplex vor der Katalyse einfängt. Die Oberfläche des Modellierungsprogramms UCSF ChimeraX enthält Dropdown-Menüs, eine Symbolleiste, den Struktur-Viewer und eine Kommandozeile.Wir beginnen das Protokoll mit Schritt 1.4 und wählen Rückstände innerhalb von fünf Angströmen aus, um ein aktives Zentrum zu definieren. Um die Liganden auszuwählen, drücken Sie die Umschalttaste und klicken Sie auf ein beliebiges Atom oder eine Bindung in jedem der drei Liganden. Drücken Sie die Nach-oben-Taste, bis alle drei Liganden mit einem grünen Leuchten markiert sind.Definieren Sie die Auswahl für die zukünftige Verwendung, indem Sie im Dropdown-Menü klicken, Selektor definieren auswählen, Liganden für den Auswahlnamen eingeben und auf OK klicken. Wählen Sie erneut über das Auswahlmenü die Option Zone aus. Schalten Sie dies auf Rückstände um und stellen Sie sicher, dass das obere Kästchen aktiviert ist.Klicken Sie auf OK. Beachten Sie, dass die Teile des Cartoons innerhalb von fünf Angströmen dieser Liganden hervorgehoben sind. Um die Seitenketten als Sticks anzuzeigen und die aktiven Wassermoleküle anzuzeigen, verwenden Sie das Menü Aktionen Atombindungen, um sie anzuzeigen.Oder schalten Sie sie mit diesen Schaltflächen hier ein. Um die Auswahl zu löschen, klicken Sie auf eine beliebige Stelle im leeren Bereich. Das Endergebnis dieses Protokolls sollte ein Modell mit dem aktiven Zentrum des Proteins und den Liganden sein, die als Stäbe kontrastreich gefärbt dargestellt sind.Wichtige polare Bindungswechselwirkungen werden mit gepunkteten Linien dargestellt und einige der Rückstände, die Kontakte herstellen, sind markiert. Die iCn3D-Oberfläche enthält Dropdown-Menüs, den Struktur-Viewer und ein Befehlsprotokoll. In dieser Ansicht werden die Auswahlsätze sowie die Einblendmenüs für Sequenzen und Anmerkungen angezeigt, die angezeigt werden, wenn der Benutzer Befehle ausführt, die sie erfordern.Wir beginnen das Protokoll in Schritt 2.4 und wählen Rückstände innerhalb von fünf Angströmen aus, um ein aktives Zentrum zu definieren. Um die Liganden auszuwählen, verwenden Sie das Auswahl-Dropdown-Menü und klicken Sie auf Auf 3D auswählen, stellen Sie sicher, dass die Rückstandszahl aktiviert ist. Halten Sie die Alt-Taste auf einem PC oder die Optionstaste auf einem Mac gedrückt und klicken Sie auf den ersten Liganden.Drücken Sie dann die Strg-Taste und klicken Sie auf die verbleibenden zwei Ligan, um sie der Auswahl hinzuzufügen. Speichern Sie die Auswahl über das Dropdown-Menü, klicken Sie auf Auswählen, speichern Sie die Auswahl, geben Sie einen Namen ein und klicken Sie auf Speichern. Das Einblendmenü "Auswahlsätze" wird nun mit den drei ausgewählten Liganden angezeigt.Wählen Sie nun die Reste innerhalb von fünf Angströmen der Liganden aus. Verwenden Sie das Dropdown-Menü und wählen Sie nach Entfernung. Ändern Sie im angezeigten Popup-Menü den zweiten Elementspeer mit einem Radius in fünf Angström, indem Sie den Block eingeben und auf Anzeigen klicken.Schließen Sie dann das Fenster, indem Sie auf das X in der oberen rechten Ecke klicken. Speichern Sie die fünf angstrom aktive Website, indem Sie auf das Dropdown-Menü klicken, Auswahl speichern auswählen und die Tastatur verwenden, um einen Namen einzugeben. Klicken Sie dann auf Speichern.Erstellen Sie nun eine neue Auswahl, die die beiden Sätze kombiniert. Diese können im Einblendmenü "Auswahlsätze" kombiniert werden. Klicken Sie auf einem PC bei gedrückter Ctrl-Taste auf die beiden Sätze oder klicken Sie auf einen Mac-Befehl.Klicken Sie erneut auf das Dropdown-Menü, wählen Sie Auswahl speichern, geben Sie einen neuen Namen ein und klicken Sie dann auf Speichern. Um Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen anzuzeigen, verwenden Sie das Analysemenü und wählen Sie Wechselwirkungen. Wir werden uns hier nur für Wasserstoffbrücken und Salzbrücken interessieren.Also werden wir den Rest davon deaktivieren. Wir wählen drei Liganden aus. Und für den zweiten Satz die Rückstände innerhalb von fünf Angströmen.Klicken Sie auf 3D-Anzeigeinteraktionen und schließen Sie das Fenster. Dies zeigt einige der Rückstände, die interagieren, aber es zeigt nicht die gesamte aktive Stelle der fünf Angström. Um dies anzuzeigen, verwenden Sie erneut das Menü "Sets auswählen".Klicken Sie auf fünf Angstrom voll und klicken Sie dann im Dropdown-Menü auf Seitenketten und Sticks stylen. Um CPK-Färbung anzuwenden, klicken Sie auf das Farb-Dropdown-Menü und klicken Sie auf Atom. Das Endergebnis des Protokolls sollte ein Modell sein, das so aussieht, wobei das aktive Zentrum des Proteins und der Liganden als Stäbe kontrastreich gefärbt dargestellt werden.Wichtige Bindungswechselwirkungen werden mit gepunkteten Linien dargestellt und alle Reste innerhalb einer der Auswahlen, die während des Protokolls erstellt wurden, werden markiert. Die Jmol-Oberfläche enthält Dropdown-Menüs, eine Symbolleiste, den Struktur-Viewer, ein Popup-Menü und die Jmol-Konsole mit der Befehlszeile. Wir beginnen das Jmol-Protokoll in Schritt 3.4 und wählen Reste innerhalb von fünf Angström aus, um ein aktives Zentrum zu definieren.Die Jmol-Konsole ist der beste Weg, um die Rückstände innerhalb von fünf Angström auszuwählen. Geben Sie diesen Befehl ein, um Reste innerhalb von fünf Angströmen der drei Liganden auszuwählen. Es werden 193 Atome ausgewählt, die jedoch nicht die vollständigen Aminosäurereste darstellen.Um diese auszuwählen, verwenden Sie den eingegebenen Befehl, wählen Sie innerhalb (Gruppe, ausgewählt) und drücken Sie die Eingabetaste. Beachten Sie, dass zusätzliche Auswahlhalose angezeigt werden. Um diese Rückstände als Sticks anzuzeigen, klicken Sie mit der rechten Maustaste, um das Popup-Menü aufzurufen, bewegen Sie den Mauszeiger über Stil, Schema und klicken Sie dann auf Sticks.Beachten Sie, dass es hier immer noch einige leere Halos gibt. Dies sind die Wassermoleküle im aktiven Zentrum. Um nur die Wassermoleküle auszuwählen, können wir diesen Befehl erneut ausführen und dann ändern.Klicken Sie in die Konsole, verwenden Sie dann die Pfeiltasten nach oben, um diesen Befehl zu finden, und klicken Sie auf die Eingabetaste, um ihn erneut auszuführen. Um die Wassermoleküle als Atome darzustellen, wollen wir die Selektion des Liganden und des Proteins aufheben. Dazu geben wir zwei Befehle ein.Unsere Ligane werden als Heterogruppen betrachtet, aber Wasser wird auch als eine betrachtet. Innerhalb dieses Befehls müssen wir also definieren, dass wir das Wasser nicht entfernen. Drücken Sie die Eingabetaste und jetzt werden nur noch die Wassermoleküle ausgewählt.Klicken Sie auf das Dropdown-Anzeigemenü, bewegen Sie den Mauszeiger über Atom und klicken Sie auf 20% des Van der Waals-Radius. Das grüne Magnesiumion wird immer noch als Sticks dargestellt. Häufiger werden Ionen als Kugeln dargestellt.Klicken Sie in die Jmol-Konsole und geben Sie dann SELECT MG und dann Space Fill 50% ein Die Liganden innerhalb der Ketten sind identisch gefärbt. Um sie voneinander zu unterscheiden, ist es sinnvoll, die Liganden neu einzufärben. In der Konsole führe ich einen mehrzeiligen Befehl aus, den ich aus einem Spickzettel kopiert und eingefügt habe, den ich im Jmol-Ergänzungsvideo nähere.Das Ergebnis dieses Protokolls sollte ein Modell sein, das so aussieht, wobei das aktive Zentrum des Proteins als Sticks dargestellt wird. Und die Liganden zeigten uns Stöcke in einem weicheren Farbschema. Gelbe Linien zeigen die Bindungswechselwirkungen an und einzelne Reste werden wie gewünscht markiert.Die PyMOL-Oberfläche enthält Dropdown-Menüs, den Struktur-Viewer, das Namensobjektfenster und das Maussteuerungsmenü. Die Hauptbefehlszeile ist in dieser Abbildung ebenfalls beschriftet. Wir beginnen das Primärprotokoll in Schritt 4.4 und wählen Reste innerhalb von fünf Angströmen aus, um ein aktives Zentrum zu definieren.Um die Liganden auszuwählen, klicken Sie auf jeden von ihnen. Es erscheint eine neue Auswahl, die durch Klicken auf die Schaltfläche A umbenannt werden kann. Löschen Sie mit der Tastatur die Buchstaben sele und geben Sie an ihrer Stelle Ligan ein.Drücken Sie die Eingabetaste. Wir können diese Auswahl verwenden, um den Bereich um ihn herum zu definieren. Klicken Sie zunächst auf die Schaltfläche A und wählen Sie das Menüelement duplizieren aus.Klicken Sie in dieser neuen Auswahl sel01 auf A, und wählen Sie das Menüelement umbenennen aus. Löschen Sie auf der Tastatur die vorhandenen Buchstaben, und geben Sie active ein. Dies ist immer noch die Auswahl unserer drei Liganden, so dass wir es erneut ändern müssen, indem wir die Schaltfläche A-Aktionen verwenden.Klicken Sie auf die Schaltfläche, wählen Sie Ändern und erweitern Sie die Auswahl um fünf Angström. Jetzt haben wir die Liganden und die Rückstände innerhalb von fünf Angströmen erfasst. Das S auf der S-Taste steht für Show.Klicken Sie darauf, um das Protein auf verschiedene Arten anzuzeigen. Wir zeigen dieses Lakritz als Stöcke. Klicken Sie in den leeren Bereich, um die Auswahl zu löschen.Dies hat die Aminosäuren innerhalb von fünf Angströmen eingefangen, aber nicht das Wasser. Wir können die Auswahl erneut duplizieren und jetzt ändern, um nur das Wasser auszuwählen. Duplizieren Sie in den Aktionen A die Schaltfläche A.Auswahl 2 wird angezeigt. Benennen wir dies in aktives Wasser um. Dieses Mal verwenden wir die A-Taste, um die Atome um unsere Auswahl herum auszuwählen.Atome innerhalb von vier Angströmen. Dieser hat das Wasser aber auch einige Atome der Seitenketten ausgewählt. Um dies weiter zu ändern, verwenden Sie die A-Taste, um zu ändern und auf Lösungsmittel zu beschränken.Jetzt können wir sehen, dass nur die Wassermoleküle beleuchtet sind. Auch in der A-Taste können wir eine Voreinstellung anwenden. Wählen Sie Preset, Ball und Stick und jetzt werden die Wassermoleküle als Kugeln angezeigt.Das Endergebnis des Protokolls ist ein Modell, das so aussieht, wobei die aktive Stelle in Liganden als Stäbe dargestellt wird, die kontrastreich gefärbt sind. Gelbe Strichlinien zeigen polare Bindungswechselwirkungen und einzelne Rückstände werden mithilfe der im Namensobjektfenster erstellten Auswahl markiert. Fehler bei der Ausführung des Protokolls können zu suboptimalen Ergebnissen führen.Zum Beispiel wird das gesamte Protein als Sticks dargestellt. Zur Fehlerbehebung muss der Benutzer zunächst die Stick-Darstellung für die gesamte Struktur ausblenden. Zeigen Sie dann die Stick-Darstellung nur für das Objekt an, das mit der Schaltfläche S als aktiv bezeichnet wird.Hier werden die mit jedem Programm generierten Modelle nebeneinander dargestellt. Obwohl es Unterschiede in der Darstellung des Enzyms gibt, können in jedem der vier Modelle die gleichen Schlüsselmerkmale und Wechselwirkungen beobachtet werden. Ein Benutzer, der daran interessiert ist, eines der Programme zu beherrschen, die eine Befehlszeile enthalten, möchte lernen, wie man eingegebene Befehle anwendet und ändert.Wie ich im Jmol-Protokoll angedeutet habe, ist ein nützliches Werkzeug ein Befehlsspickzettel. Eine Nur-Text-Datei, die häufig verwendete Codes enthält, auf die verwiesen werden soll. Um ein fortgeschrittener Benutzer zu werden, ist es nützlich zu verstehen, welche Teile des Protokolls angepasst und geändert werden können.Mit der Praxis können diese Protokolle angewendet werden, um jedes enzymaktive Zentrum von Interesse zu modellieren.

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Forschung

JoVE Journal

Biochemistry

Biochemie

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