分子可視化フリーウェアを用いた酵素活性部位のモデリング

生体高分子の可視化は、生物科学の学生や専門家にとって重要なスキルです。本プロトコルでは、分子モデリング用に自由に利用できる4つのプログラムを用いて、酵素グルコキナーゼの活性部位をモデル化する方法を示す。このチュートリアルでは、結合リガンドの選択とリガンドを使用して 5 つのオングストローム内のアミノ酸と水分子を表示する各プログラムのプロトコルのいくつかのステップを強調します。

この原稿のサポート情報には、各プログラムの専用ビデオが含まれており、プロトコルのすべてのステップを詳細に説明しています。この構造体は PDBID をモデル化します。3FGUは、酵素グルコキナーゼの触媒複合体を表す。

酵素活性部位は、その基質の2つ、β-Dグルコースに結合し、これは識別子BGCとマグネシウムイオンMGを与えた。さらに、この基質アナログは、ホスホアミノリン酸、アデニル酸エステル、ANPがグルコキナーゼ活性部位に結合している。この非加水分解可能なアデノシン三リン酸の類似体は、ATPが生じるリン酸化反応を防止し、活性部位複合体の反応前触媒を捕捉する。UCSF ChimeraX モデリング プログラムのインターフェイスには、ドロップダウン メニュー、ツールバー、構造ビューア、およびコマンド ラインが含まれています。

プロトコルはステップ 1.4 で始まり、5 つのオングストローム内の残基を選択してアクティブなサイトを定義します。リガンドプレスコントロールシフトを選択し、3つのリガンドのそれぞれで任意の原子または結合をクリックします。上矢印キーを押して、3 つのリガンドすべてが緑色の光でハイライト表示されます。

ドロップダウンメニューをクリックして、将来の使用のための選択を定義し、セレクタを定義し、選択名にリガンドを入力して[OK]をクリックします。ここでも、選択メニューを使用してゾーンを選択します。これを残基に切り替え、上部のボックスがオンになっていることを確認します。

[大丈夫]をクリックします。これらのリガンドの5つのオングストローム内の漫画の部分が強調されていることに注意してください。サイドチェーンをスティックとして表示し、活性部位の水分子を表示するには、それらを表示するアクション原子結合メニューを使用します。

または、これらのボタンでオンに切り替えます。選択を解除するには、空の領域の任意の場所をクリックします。このプロトコルの最終的な結果は、対照的な方法で着色されたスティックとして示されるタンパク質とリガンドの活性部位を持つモデルでなければなりません。

主要極性結合相互作用は点線で示され、接触を行う残基の一部はラベル付けされます。iCn3Dインターフェースには、ドロップダウンメニュー、構造ビューア、コマンドログが含まれています。このビューには、選択セット、シーケンス、および注釈ポップアップメニューが表示され、ユーザーが必要とするコマンドを実行すると表示されます。

ステップ2.4でプロトコルを開始し、5つのオングストローム内の残留物を選択してアクティブなサイトを定義します。リガンドを選択するには、選択ドロップダウンメニューを使用して3Dで選択をクリックし、残留物がチェックされていることを確認します。PCのaltボタンまたはMacのオプションボタンを押したまま、最初のリガンドをクリックします。

次に、コントロールを押して残りの2つのリガンをクリックして、それらを選択に追加します。ドロップダウンメニューを使用して選択を保存し、選択をクリックし、選択を保存し、名前を入力して保存をクリックします。選択セットポップアップメニューが、3 つのリガンドを選択した状態で表示されます。

次に、リガンドの5つのオングストローム内の残基を選択します。距離で選択するドロップダウンメニューを使用します。表示されるポップアップメニューで、ブロックに入力して半径を持つ2番目の項目の槍を5オングストロームに変更し、[display]をクリックします。

次に、右上隅にある [X] をクリックしてウィンドウを閉じます。ドロップダウンメニューをクリックして5つのオングストロームアクティブサイトを保存し、選択を保存を選択し、キーボードを使用して名前を入力します。次に、[保存] をクリックします。

次に、2 つのセットを結合する新しい選択を作成します。これらは、選択セットポップアップメニューで組み合わせることができます。PCでは、2つのセットをクリックするか、Macコマンドをクリックします。

もう一度、ドロップダウンメニューをクリックし、[選択を保存]を選択して新しい名前を入力し、[保存]をクリックします。水素結合などの相互作用を表示するには、分析メニューを使用して交互作用を選択します。ここでは水素結合と塩橋にのみ興味があります。

だから、これらの残りの部分をオフにします。3つのリガンドを選択します。そして、第2のセットでは、5つのオングストローム内の残基。

[3D 表示インタラクション]をクリックし、ウィンドウを閉じます。これは、相互作用している残留物の一部を示していますが、5つのオングストローム活性部位全体を示すものではありません。選択セットメニューを再度使用して表示します。

5つのオングストロームフルをクリックし、ドロップダウンメニューでスタイルサイドチェーン、スティックをクリックします。CPKカラーリングを適用するには、カラードロップダウンメニューをクリックして、アトムをクリックします。プロトコルの最終的な結果は、対照的な方法で着色されたスティックとして示されるタンパク質とリガンドの活性部位でこのように見えるモデルでなければなりません。

重要な結合相互作用は点線で示され、プロトコル中に作成された選択の1つ内のすべての残基がラベル付けされています。Jmol インタフェースには、ドロップダウンメニュー、ツールバー、ストラクチャービューア、ポップアップメニュー、コマンドラインを含むJmolコンソールが含まれています。ステップ3.4でJmolプロトコルを開始し、5つのオングストローム内の残基を選択して活性部位を定義します。

Jmolコンソールは、5つのオングストローム内の残基を選択するための最良の方法です。このコマンドを入力して、3つのリガンドの5つのオングストローム内の残基を選択します。193原子が選択されるが、これらは完全なアミノ酸残基を表すわけではない。

それらを選択するには、入力したコマンドを使用して、(グループ、選択)内を選択し、Enterキーを押します。追加の選択ハローが表示されます。これらの残基をスティックとして表示するには、右クリックしてポップアップメニューを表示し、スタイル、スキームの上にマウスを置き、スティックをクリックします。

ここにはまだ空のハローがあることに注意してください。これらは活性部位の水分子である。水分子だけを選択するには、このコマンドを再実行して修正します。

コンソール内をクリックしてから上矢印キーを使用してコマンドを見つけ、Enterをクリックして再実行します。水分子を原子として表示するために、リガンドとタンパク質の選択を除去したいと考えています。そのためには2つのコマンドを入力します。

私たちのリガーンはヘテログループと見なされますが、水も1つと考えられています。したがって、このコマンド内で、水を取り除かないように定義する必要があります。Enter キーを押すと、水分子のみが選択されます。

ドロップダウン表示メニューをクリックし、アトムにカーソルを合わせ、ファンデルワールス半径の20%をクリックします。緑色のマグネシウムイオンは、まだスティックとして示されています。より一般的にイオンは球体として示される。

Jmol コンソールをクリックし、MG を選択し、スペースが 50% チェーン内のリガンドを同じ色で塗りつぶします。それらを区別するために、リガンドの色を変えるのが便利です。コンソールで、Jmolの補足ビデオで詳しく説明したチートシートからコピーした複数行コマンドを実行します。

このプロトコルの結果は、スティックとして示されるタンパク質の活性部位を持つモデルである必要があります。そして、リガンドは私たちが柔らかい配色で固執を示しました。黄色の線は、結合相互作用と個々の残基が所望にラベル付けされていることを示す。

PyMOLインターフェイスには、ドロップダウンメニュー、構造ビューア、名前オブジェクトパネル、マウスコントロールメニューが含まれています。この図では、メインのコマンド ラインにもラベルが付いています。ステップ4.4で原始プロトコルを開始し、5つのオングストローム内の残基を選択して活性部位を定義します。

リガンドを選択するには、それぞれをクリックします。新しい選択がポップアップし、A ボタンをクリックすると名前を変更できます。キーボードを使用して、sele という文字を削除し、その代わりにリガンを入力します。

Enter キーを押します。この選択を使用して、その周囲の領域を定義できます。A ボタンをクリックして開始し、重複するメニュー項目を選択します。

この新しい選択で、sel01 をクリックして、名前の変更メニュー項目を選択します。キーボードを使用して、既存の文字を削除し、アクティブと入力します。これはまだ3つのリガンドを選択しているので、Aアクションボタンを使用してもう一度変更する必要があります。

ボタンをクリックし、[修正]を選択し、選択したオングストロームを 5 つ選択して展開します。今、私たちはリガンドと5つのオングストローム内の残基を捕獲しました。SボタンのSはショーの略です。

これをクリックすると、さまざまな方法でタンパク質が表示されます。この甘草を棒として見せます。空のスペースをクリックして、選択を解除します。

これは、5つのオングストローム内のアミノ酸を捕獲したが、水は捕獲していない。我々は再び、選択を複製し、今水だけを選択するためにそれを変更することができます。アクション A ボタンで、複製します。

選択 2 が表示されます。これをアクティブな水に変更しましょう。今回は A ボタンを使用して、選択した周囲の原子を選択します。

4つのオングストローム内の原子。これは水だけでなく、サイドチェーンのいくつかの原子を選択しました。さらに変更するには、A ボタンを使用して、溶媒を変更および制限します。

今、私たちは水分子がライトアップされているのを見ることができます。Aボタンで再び、プリセットを適用することができます。プリセット、ボールとスティックを選択し、水分子は球体として表示されます。

プロトコルの最終的な結果は、対照的な方法で着色されたスティックとして示されたリガンドのアクティブな部位でこのように見えるモデルです。黄色い破線は極結合相互作用を示し、個々の残基は名前オブジェクトパネルで作成された選択を使用してラベル付けされます。プロトコルの実行エラーは、最適でない結果につながる可能性があります。

例えば、全体のタンパク質がスティックとして表示される。トラブルシューティングを行うには、ユーザーはまず構造全体のスティック表現を非表示にする必要があります。次に、S ボタンを使用して、アクティブと呼ばれるオブジェクトのスティック表現のみを再表示します。

ここでは各プログラムを使用して生成されたモデルを並べて表示します。酵素の表示には違いがありますが、4つのモデルのそれぞれで同じ重要な特徴と相互作用が見られます。コマンド ラインを含むプログラムの 1 つをマスタリングするユーザーは、型指定されたコマンドの適用と変更を学習したいと考えています。

Jmol プロトコルで述べていますが、便利なツールはコマンドチートシートです。参照するコードを頻繁に使用するプレーン テキスト ファイル。上級者になるには、プロトコルのどの部分を適応・修正できるかを理解しておくと便利です。

実際には、これらのプロトコルは、目的の任意の酵素活性部位をモデル化するために適用することができます。