Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biochemistry
Click here for the English version

Biochemistry

आणविक दृश्य फ्रीवेयर का उपयोग करके एंजाइम सक्रिय साइट का मॉडलिंग करना

Published: December 25, 2021 doi: 10.3791/63170
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 3, 4
1The University of Texas at Austin, 2Mount Mary University, 3College of St. Benedict/St. John’s University, 4Wabash College

Summary

बायोमॉलिक्यूलर मॉडलिंग में एक महत्वपूर्ण कौशल प्रोटीन में सक्रिय साइटों को प्रदर्शित और एनोटेट कर रहा है। इस तकनीक को मैक्रोमोलिकुलर विज़ुअलाइज़ेशन के लिए चार लोकप्रिय मुफ्त कार्यक्रमों का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है: iCn3D, Jmol, PyMOL, और UCSF ChimeraX।

Abstract

जैव अणुवृक्ष दृश्य कौशल जैविक विज्ञान में प्रमुख अवधारणाओं को समझने के लिए सर्वोपरि हैं, जैसे संरचना-कार्य संबंध और आणविक बातचीत। विभिन्न कार्यक्रम एक शिक्षार्थी को 3 डी संरचनाओं में हेरफेर करने की अनुमति देते हैं, और बायोमॉलिक्यूलर मॉडलिंग सक्रिय सीखने को बढ़ावा देती है, कम्प्यूटेशनल कौशल बनाता है, और दो आयामी पाठ्यपुस्तक छवियों और जीवन के तीन आयामों के बीच के अंतर को पुल करता है। इस क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण कौशल एक प्रोटीन सक्रिय साइट को मॉडल करना है, जो मैक्रोमॉल्यूल के कुछ हिस्सों को प्रदर्शित करता है जो एक छोटे अणु या लिगामेंट के साथ बातचीत कर सकता है, जो बाध्यकारी बातचीत दिखाता है। इस प्रोटोकॉल में, हम चार स्वतंत्र रूप से उपलब्ध मैक्रोमोलिकुलर मॉडलिंग कार्यक्रमों का उपयोग करके इस प्रक्रिया का वर्णन करते हैं: iCn3D, Jmol/JSmol, PyMOL, और UCSF ChimeraX । इस गाइड के लिए एक विशिष्ट कार्यक्रम की मूल बातें जानने की मांग छात्रों के लिए है, साथ ही प्रशिक्षकों अपने पाठ्यक्रम में जैव आणविक मॉडलिंग को शामिल । प्रोटोकॉल उपयोगकर्ता को एक विशिष्ट दृश्य कार्यक्रम का उपयोग करके एक सक्रिय साइट को मॉडल करने में सक्षम बनाता है, या उपलब्ध कई मुफ्त कार्यक्रमों का नमूना लेने में सक्षम बनाता है। इस प्रोटोकॉल के लिए चुना गया मॉडल मानव ग्लूकोकिनेज़ है, जो एंजाइम हेक्सोकिनेस का एक आइसोफॉर्म है, जो ग्लायकोलिसिस के पहले चरण को उत्प्रेरित करता है। एंजाइम अपने सब्सट्रेट्स में से एक के साथ-साथ एक अट्रैक्टिव सब्सट्रेट एनालॉग से बंधा है, जो यूजर को उत्प्रेरक कॉम्प्लेक्स में इंटरैक्शन का विश्लेषण करने की अनुमति देता है ।

Introduction

आणविक दुनिया के अभ्यावेदनों को समझना जैव आणविक विज्ञान में विशेषज्ञबननेके लिए महत्वपूर्ण है , क्योंकि ऐसी छवियों की व्याख्या जैविक कार्य को समझने के लिए महत्वपूर्ण है2. मैक्रोमॉलिक्यूल्स के लिए एक शिक्षार्थी का परिचय आमतौर पर कोशिका झिल्ली, ऑर्गेनेल्स, मैक्रोमॉलिक्यूल्स आदि की दो-आयामी पाठ्यपुस्तक छवियों के रूप में आता है, लेकिन जैविक वास्तविकता यह है कि ये त्रि-आयामी संरचनाएं हैं, और उनके गुणों की समझ के लिए 3 डी मॉडल से अर्थ की कल्पना और अर्क करने के तरीकों की आवश्यकता होती है।

तदनुसार, ऊपरी विभाजन आणविक जीवन विज्ञान पाठ्यक्रमों में जैव आणविक दृश्य साक्षरता के विकास पर ध्यान दिया गया है, शिक्षण के महत्व और कठिनाइयों पर रिपोर्टिंग और दृश्य कौशल का आकलन करने वाले कई लेख1,3,4,5,6,7,8,9 . इन लेखों की प्रतिक्रिया कक्षा हस्तक्षेपों की संख्या में वृद्धि हुई है, आमतौर पर एक ही संस्थान में एक सेमेस्टर के भीतर, जिसमें आणविक दृश्य कार्यक्रमों और मॉडलों का उपयोग कठिन अवधारणाओं को लक्षित करने के लिए किया जाता है2,10,11,12,13,14,15 . इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने यह बताना है कि छात्र किसी विशिष्ट विषय16, 17, 18, 19से संपर्क करने के लिए जैव अणुवृंवहन दृश्य कार्यक्रमों और/यामॉडलोंका उपयोग कैसेकरतेहैं । हमारे अपने समूह, BioMolViz ने एक फ्रेमवर्क का वर्णन किया है जो दृश्य साक्षरता में व्यापक विषयों को सीखने के लक्ष्यों और उद्देश्यों में विभाजित करता है ताकि ऐसे हस्तक्षेपों का मार्गदर्शन किया जा सके20,21,और हम ऐसी कार्यशालाओं का नेतृत्व करते हैं जो संकाय को दृश्य साक्षरता कौशल22को मापने के लिए मूल्यांकन के पिछड़े डिजाइन में फ्रेमवर्क का उपयोग करने के लिए प्रशिक्षित करते हैं।

इस काम के सभी के केंद्र में एक महत्वपूर्ण कौशल है: बायोमॉलिक्यूलर दृश्य के लिए कार्यक्रमों का उपयोग करके मैक्रोमॉलिक्यूल्स की संरचनाओं में हेरफेर करने की क्षमता। इन उपकरणों को स्वतंत्र रूप से विभिन्न प्लेटफार्मों का उपयोग करके विकसित किया गया था; इसलिए, वे अपने ऑपरेशन और उपयोग में अद्वितीय हो सकते हैं। यह कार्यक्रम-विशिष्ट निर्देशों की आवश्यकता है, और एक प्रोग्राम की पहचान जो उपयोगकर्ता के साथ सहज है, निरंतर कार्यान्वयन को सुविधाजनक बनाने के लिए महत्वपूर्ण है।

3 डी (घूर्णन, चयन और मॉडल में फेरबदल) में संरचनाओं में हेरफेर की बहुत मूल बातें से परे, एक प्रमुख लक्ष्य प्रोटीन की सक्रिय साइट को मॉडल करना है। यह प्रक्रिया एक शिक्षार्थी को बायोमोलविज फ्रेमवर्क द्वारा वर्णित तीन व्यापक विषयों में अपनी समझ विकसित करने की अनुमति देती है: आणविक बातचीत, लिगांड/संशोधन, और संरचना-कार्य संबंध20,21।

जैव आणविक दृश्य के लिए कार्यक्रमों के चार लोकप्रिय विकल्पों में शामिल हैं: Jmol/JSmol23,iCn3D24,PyMOL25,और UCSF कल्पना26,27। हम उन नए कल्पना के लिए प्रोत्साहित UCSF ChimeraX, कल्पना आणविक दृश्य कार्यक्रम है, जो कार्यक्रम के वर्तमान में समर्थित संस्करण है की अगली पीढ़ी का उपयोग करें ।

इस प्रोटोकॉल में, हम यह प्रदर्शित करते हैं कि इन चार कार्यक्रमों में से प्रत्येक का उपयोग एक बाध्य सब्सट्रेट एनालॉग कॉम्प्लेक्स (पीडीबी आईडी: 3एफजीयू) के साथ मानव ग्लूकोकिनेज की सक्रिय साइट को मॉडल करने के लिए कैसे किया जाए, और विशिष्ट बाध्यकारी इंटरैक्शन28को चित्रित करने के लिए माप प्रदर्शित करें। मॉडल एंजाइम के उत्प्रेरक परिसर का प्रतिनिधित्व करता है। पूर्व उत्प्रेरक राज्य में सक्रिय साइट पर कब्जा करने के लिए, एटीपी का एक गैर-हाइड्रोलिजेबल एनालॉग ग्लूकोकिनेस सक्रिय साइट से बंधा हुआ था। इस फॉस्फोमिनोफोस्फोनिक एसिड-एडेनिलेट एस्टर (एएनपी) में इस स्थिति में सामान्य फॉस्फोरस-ऑक्सीजन लिंकेज के बजाय फॉस्फोरस-नाइट्रोजन बॉन्ड होता है। सक्रिय साइट में ग्लूकोज (मॉडल में चिह्नित बीसीजी) और मैग्नीशियम (निरूपित एमजी) भी होता है। इसके अतिरिक्त, संरचना में एक पोटेशियम आयन (कश्मीर) होता है, जिसके परिणामस्वरूप पोटेशियम क्लोराइड का उपयोग क्रिस्टलीकरण सॉल्वेंट में किया जाता है। यह आयन जैविक कार्य के लिए महत्वपूर्ण नहीं है और सक्रिय साइट के बाहर स्थित है।

Figure 1
चित्रा 1:एटीपी/एएनपी संरचनाएं। फॉस्फोमिनोफोस्फोनिक एसिड-एडेयलेट एस्टर (एएनपी) की तुलना में एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) संरचना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

प्रोटोकॉल सब्सट्रेट एनालॉग कॉम्प्लेक्स के बाउंड लिगामेंट्स के चयन और बाउंड कॉम्प्लेक्स के 5 Å के भीतर सक्रिय साइट अवशेषों की पहचान को दर्शाता है, जो हाइड्रोफोबिक और वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन सहित प्रासंगिक आणविक बातचीत करने में सक्षम अमीनो एसिड और पानी के अणुओं को कैप्चर करता है।

प्रदर्शन शुरू में एक कार्टून प्रतिनिधित्व में प्रोटीन के बहुमत दिखाने के लिए हेरफेर किया जाता है, छड़ी प्रतिनिधित्व में सक्रिय साइट अमीनो एसिड अवशेषों के साथ प्रोटीन के प्रासंगिक परमाणुओं को दिखाने के लिए और आणविक बातचीत पर प्रकाश डाला । प्रत्येक कार्यक्रम के लिए प्रोटोकॉल के चरण 3 के बाद, इन अभ्यावेदनों को लागू किया गया है और प्रोटीन का दृश्य कार्यक्रमों(चित्र 2)में समान है। प्रोटोकॉल के अंत में, प्रोटीन कार्टून दृश्य को सरल बनाने के लिए छिपा हुआ है, और सक्रिय साइट पर ध्यान केंद्रित करता है।

Figure 2
चित्र 2:कार्यक्रमों में संरचना तुलना। प्रत्येक कार्यक्रम में 3FGU की संरचना की तुलना समायोजित प्रतिनिधित्व चरण (प्रत्येक प्रोटोकॉल के चरण 2 या 3) के बाद। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

सीपीके रंग सक्रिय साइट अमीनो एसिड और बंधे लिगामेंट्स29,30पर लागू किया जाता है। यह रंग योजना लाइन, छड़ी, गेंद और छड़ी, और अंतरिक्ष भरने अभ्यावेदन में दिखाए गए आणविक मॉडल में विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं को अलग करती है। हाइड्रोजन सफेद है, नाइट्रोजन नीला है, ऑक्सीजन लाल है, सल्फर पीला है, और फास्फोरस सीपीके रंग योजना में नारंगी है। परंपरागत रूप से, कार्बन के लिए काले रंग का उपयोग किया जाता है, हालांकि आधुनिक उपयोग में, कार्बन रंग भिन्न हो सकता है।

हाइड्रोजन परमाणु क्रिस्टल संरचनाओं में दिखाई नहीं देते हैं, हालांकि इनमें से प्रत्येक कार्यक्रम उनके स्थान की भविष्यवाणी करने में सक्षम है। हाइड्रोजन परमाणुओं को एक बड़ी मैक्रोमॉलिकुलर संरचना में जोड़ना दृश्य को अस्पष्ट कर सकता है, इस प्रकार वे इस प्रोटोकॉल में प्रदर्शित नहीं होते हैं। तदनुसार, हाइड्रोजन बांड इन संरचनाओं में दो विषमताओं (जैसे, ऑक्सीजन से ऑक्सीजन से नाइट्रोजन) के केंद्र से मापने के द्वारा दिखाया जाएगा ।

कार्यक्रम अवलोकन
डाउनलोड करने योग्य ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई): PyMOL (संस्करण 2.4.1), कल्पनाएक्स (संस्करण 1.2.5), और जामोल (संस्करण 1.8.0_301) जीयूआई-आधारित आणविक मॉडलिंग उपकरण हैं। इन तीन इंटरफेस इनपुट टाइप कोड के लिए कमांड लाइनों की सुविधा; जीयूआई में मेनू और बटन के माध्यम से कई समान क्षमताएं उपलब्ध हैं। इन कार्यक्रमों की कमांड लाइन में एक आम विशेषता यह है कि उपयोगकर्ता कीबोर्ड पर ऊपर और नीचे तीर कुंजी का उपयोग करके पिछले आदेशों को लोड और फिर से निष्पादित कर सकता है।

वेब-आधारित जीओआई: iCn3D (I-see-in-3D) एक अलग एप्लिकेशन स्थापित करने की आवश्यकता के बिना, वेब पर त्रि-आयामी मैक्रोमॉलिकुलर संरचनाओं और रसायनों के इंटरैक्टिव देखने के लिए एक वेबजीएल-आधारित दर्शक है। यह एक कमांड लाइन का उपयोग नहीं करता है, हालांकि पूर्ण वेब संस्करण में एक संपादन कमांड लॉग है। जेएसोल एक वेबसाइट पर या वेब ब्राउज़र विंडो में उपयोग के लिए जामोल का जावास्क्रिप्ट या HTML5 संस्करण है, और जेमोल के संचालन में बहुत समान है। जेएसमोल का उपयोग एनिमेशन सहित ऑनलाइन ट्यूटोरियल बनाने के लिए किया जा सकता है।

प्रोटेपीडिया31,32,जेमोल33में फर्स्टग्लेंस और मिलवॉकी स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग सेंटर फॉर बायोमोॉलिकुलर मॉडलिंग में जेएसोल वेब इंटरफेस (जूड) ऐसे जामोल-आधारित ऑनलाइन डिजाइन वातावरण34के उदाहरण हैं। प्रोटेपीडिया विकी एक शिक्षण उपकरण है जो उपयोगकर्ता को मैक्रोमॉल्यूल संरचना को मॉडल करने और वेबसाइट35के भीतर इन मॉडलों की विशेषता वाले पृष्ठ बनाने की अनुमति देता है। जेएसोल का उपयोग करके निर्मित प्रोटेपीडिया दृश्य लेखन उपकरण, जेमोल जीयूआई में उपलब्ध अतिरिक्त सुविधाओं के साथ एक जीयूआई को एकीकृत करता है।

जामोल और iCn3D जावा प्रोग्रामिंग भाषा पर आधारित हैं; जेएसोल या तो जावा या HTML5 का उपयोग करता है, और PyMOL और ChimeraX पायथन प्रोग्रामिंग भाषा पर आधारित हैं। इनमें से प्रत्येक कार्यक्रम में प्रोटीन डेटा बैंक फाइलें लोड होती हैं, जिन्हें 4 अंकों के अल्फान्यूमेरिक पीडीबी आईडी36,37के तहत आरसीएसबी प्रोटीन डेटा बैंक से डाउनलोड किया जा सकता है। सबसे आम फ़ाइल प्रकार प्रोटीन डेटा बैंक (पीडीबी) फाइलें हैं जिनमें .pdb एक्सटेंशन और क्रिस्टलीय सूचना फ़ाइल (सीआईएफ या एमएमएसीआईएफ) होती है जिसमें .cif एक्सटेंशन होता है। सीआईएफ ने प्रोटीन डेटा बैंक के लिए डिफ़ॉल्ट फाइल प्रकार के रूप में पीडीबी का स्थान लिया है, लेकिन दोनों फ़ाइल प्रारूप इन कार्यक्रमों में कार्य करते हैं। पीडीबी फाइलों के विपरीत सीआईएफ का उपयोग करते समय अनुक्रम/संरचना प्रदर्शित होने के तरीके में मामूली अंतर हो सकता है; हालांकि, फाइलें इसी तरह कार्य करती हैं और मतभेदों को यहां विस्तार से संबोधित नहीं किया जाएगा। आणविक मॉडलिंग डाटाबेस (एमएमडीबी), राष्ट्रीय जैव प्रौद्योगिकी सूचना केंद्र (एनसीबीआई) का एक उत्पाद है, पीडीबी संरचनाओं का एक सबसेट है, जिसमें स्पष्ट जानकारी संबद्ध की गई है (जैसे, जैविक विशेषताएं, संरक्षित प्रोटीन डोमेन)38। एनसीबीआई का एक उत्पाद, iCn3D, एमएमडीबी डेटा वाली पीडीबी फाइलों को लोड करने में सक्षम है।

एक मॉडल देखने के लिए, उपयोगकर्ता संरचना (जैसे, https://www.rcsb.org/structure/3FGU)के लिए समर्पित प्रोटीन डेटा बैंक पृष्ठ से वांछित फ़ाइल डाउनलोड कर सकता है, और फिर संरचना खोलने के लिए कार्यक्रम के ड्रॉपडाउन फ़ाइल मेनू का उपयोग कर सकता है। सभी कार्यक्रम इंटरफ़ेस के माध्यम से सीधे एक संरचना फ़ाइल लोड करने में भी सक्षम हैं, और वह विधि प्रोटोकॉल के भीतर विस्तृत है।

कल्पनाएक्स, जामोल और पायमोल गुइस में प्रत्येक में कंसोल की एक या अधिक खिड़कियां होती हैं जिन्हें कोने को खींचकर आकार दिया जा सकता है। iCn3D और JSmol पूरी तरह से एक वेब ब्राउज़र में निहित हैं। iCn3D का उपयोग करते समय, उपयोगकर्ता को स्क्रीन आकार और रिज़ॉल्यूशन के आधार पर सभी मेनू आइटम प्रकट करने के लिए पॉप-अप खिड़कियों के भीतर स्क्रॉल करने की आवश्यकता हो सकती है।

यहां विस्तृत प्रोटोकॉल प्रत्येक कार्यक्रम का उपयोग करके एंजाइम की सक्रिय साइट को प्रदर्शित करने के लिए एक सरल विधि प्रदान करते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रत्येक कार्यक्रम में चरणों को निष्पादित करने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, कल्पनाएक्स में, ड्रॉपडाउन मेनू, शीर्ष पर टूलबार या कमांड लाइन का उपयोग करके एक ही कार्य निष्पादित किया जा सकता है। विस्तार से एक विशिष्ट कार्यक्रम सीखने में रुचि रखने वाले उपयोगकर्ताओं को इन कार्यक्रमों के लिए उपलब्ध ऑनलाइन ट्यूटोरियल, मैनुअल और विकी का पता लगाने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है39,40,41,42,43,44,45,46।

इन कार्यक्रमों के लिए मौजूदा मैनुअल और ट्यूटोरियल इस प्रोटोकॉल में आइटम असतत कार्यों के रूप में प्रस्तुत करते हैं। एक सक्रिय साइट प्रदर्शित करने के लिए, उपयोगकर्ता को विभिन्न मैनुअल और ट्यूटोरियल से आवश्यक संचालन को संश्लेषित करना होगा। यह पांडुलिपि आणविक बातचीत के साथ एक लेबल सक्रिय साइट मॉडलिंग के लिए एक रैखिक प्रोटोकॉल पेश करके उपलब्ध मौजूदा ट्यूटोरियल को बढ़ाती है, जो उपयोगकर्ता को सक्रिय साइट मॉडलिंग के लिए एक तर्क प्रदान करती है जिसे अन्य मॉडलों और कार्यक्रमों पर लागू किया जा सकता है।

Figure 3
चित्रा 3:कल्पनाएक्स जीयूआई। ड्रॉपडाउन मेनू, टूलबार, संरचना दर्शक और कमांड लाइन लेबल के साथ कल्पनाएक्स जीयूआई इंटरफ़ेस। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4:iCn3D GUI. iCn3D जीयूआई इंटरफेस ड्रॉपडाउन मेनू, टूलबार, स्ट्रक्चर व्यूअर, कमांड लॉग, सेट पॉप-अप का चयन करें, और अनुक्रम और एनोटेशन पॉप-अप मेनू लेबल। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5:जामोल जीयूआई। ड्रॉपडाउन मेनू, टूलबार, स्ट्रक्चर व्यूअर, पॉप-अप मेनू और कंसोल/कमांड लाइन लेबल के साथ जामोल जीयूआई इंटरफेस । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6:PyMOL GUI। ड्रॉपडाउन मेनू, संरचना दर्शक, नाम/ऑब्जेक्ट पैनल, माउस नियंत्रण मेनू और कमांड लाइन लेबल के साथ PyMOL GUI इंटरफेस । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Protocol

नोट: प्रत्येक कार्यक्रम के लिए प्रोटोकॉल दस व्यापक चरणों में उल्लिखित है, (1) कार्यक्रम में संरचना लोड करना, (2) सक्रिय साइट में लिगांड की पहचान करना, (3) प्रतिनिधित्व को समायोजित करना, (4) एक सक्रिय साइट को परिभाषित करने के लिए 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन करना, (5) सक्रिय साइट लिगांड के साथ एंजाइम की बातचीत दिखाता है, (6) साइड चेन को लाठी के रूप में प्रदर्शित करना और सक्रिय साइट के पानी के अणुओं को दिखाना/समायोजित करना, (7) संरचना को सरल बनाना, (8) लिगांड और हाइड्रोजन-बंधुआ पक्ष श्रृंखलाओं को लेबल करना, (9) किसी भी बिंदु पर प्रतिपादन को बचाना उस पर काम पर लौटने या दूसरों के साथ साझा करने के लिए, (10) एम्बेडिंग या प्रिंटिंग के लिए एक छवि को बचाना । प्रत्येक प्रोटोकॉल के लिए चरण 1, 4 और 7-10 समान हैं; हालांकि, प्रत्येक कार्यक्रम के अद्वितीय संचालन के कारण, कुछ प्रोटोकॉल अधिक कुशलता से निष्पादित किए जाते हैं जब चरण 2/3 और 5/6 को इंटरचेंज किया जाता है।

1. UCSF कल्पना प्रोटोकॉल

नोट: ट्रैकपैड और माउस नियंत्रण। घुमाने के लिए, क्लिक करें और खींचें या दो उंगली खींचें (माउस: बाएं क्लिक और खींचें) का उपयोग करें । ज़ूम करने के लिए, चुटकी और प्रसार (मैक) या नियंत्रण + दो उंगली आंदोलन (पीसी) (माउस: स्क्रॉल व्हील) । अनुवाद करने के लिए (यानी, पूरी संरचना को स्थानांतरित करें) विकल्प + क्लिक करें और ड्रैग (मैक) या शिफ्ट + क्लिक और ड्रैग (पीसी) (माउस: सही क्लिक और ड्रैग) दबाएं। फिर से केंद्र के लिए, इंटरफ़ेस के शीर्ष पर ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करने के लिए कार्रवाई > देखेंक्लिक करें ।

  1. कल्पनाएक्स में संरचना लोड करना: जीयूआई के नीचे स्थित कमांड लाइन में जो "कमांड:", टाइप से पहले है:
    ओपन 3फग्यू
    नोट: किसी भी टाइप किए गए लाइन कमांड को इनपुट करने के बाद, इसे निष्पादित करने के लिए कीबोर्ड पर रिटर्न दबा दें।
  2. सक्रिय साइट में लिगामेंट्स की पहचान करना: सुनिश्चित करें कि दो अभ्यावेदन, एक कार्टून रिबन और छड़ें हैं। माउस का उपयोग करके, प्रोटीन के केंद्र के पास प्रदर्शित लिगांड की सबसे अच्छी कल्पना करने के लिए प्रोटीन को घुमाएं/ज़ूम करें, जिन्हें लाठी के रूप में दिखाया गया है। अपना नाम दिखाने के लिए एक लिगामेंट पर मंडराना।
  3. प्रतिनिधित्व को समायोजित करना: प्रोटीन और लिगामेंट्स को फिर से रंगने के लिए नीचे दिए गए उप-चरणों में आदेशों का उपयोग करें, सीपीके रंग को गैर-कार्बन परमाणुओं पर लागू करें, और फिर चयन को कम करें। अणु के चयनित भाग हरे रंग में हाइलाइट हो जाते हैं।
    1. रंग बदलने के लिए इंटरफ़ेस के शीर्ष पर ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करें: कॉर्नफ्लावर ब्लू > कलर > क्रियाओंपर क्लिक करें। फिर, लिगांड > चुनिंदा > संरचनापर क्लिक करें। रंग का चयन करने के लिए, रंग > ग्रे > क्रियाओंपर क्लिक करें। CPK रंग लागू करने के लिए, सभी के > चयनपर क्लिक करें, और फिर Heteroatom द्वारा रंग > > कार्रवाईपर क्लिक करें । अंत में, सेलेक्ट > क्लियर पर क्लिक करके चयन को साफ करें।
      नोट: चयन को नियंत्रण दबाकर और संरचना दर्शक की काली पृष्ठभूमि में या कमांड लाइन में टाइप करके क्लिक करके भी मंजूरी दी जा सकती है: ~ चुनें। डिफ़ॉल्ट रूप से, 1-4 श्रृंखलाओं वाली अधिकांश संरचनाओं के लिए, कल्पनाएक्स स्वचालित रूप से लिगांड और आयनों के 3.6 Å के भीतर पानी के अणुओं और अमीनो एसिड अवशेषों को दिखाएगा।
    2. वर्तमान में प्रदर्शित परमाणुओं को छिपाने के लिए ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करें ताकि वर्तमान में प्रदर्शित परमाणुओं को > की गई कार्रवाइयोंपर क्लिक > ।
    3. लिगांड के > सिलेक्ट > स्ट्रक्चरपर क्लिक करके एक्टिव साइट में लिगांड और एमजी आयन दिखाने के लिए ड्रॉपडाउन मेन्यू > इस्तेमाल करें । फिर, परमाणुओं/बांड > शो > कार्रवाईपर क्लिक करें । इसके बाद, एमजी > > चुनिंदा अवशेषोंपर क्लिक करें और फिर परमाणुओं/बांड > शो > कार्रवाईपर । चयन को क्लियर करने के लिए सिलेक्ट > क्लियरपर क्लिक करें ।
      नोट: ड्रॉपडाउन मेनू के साथ चयन करने के बाद, चरण 1.3.3 एटम टूलबार में हाइड एंड शो बटन पर क्लिक करके निष्पादित किया जा सकता है।
  4. एक सक्रिय साइट को परिभाषित करने के लिए 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन: संरचना दर्शक में, लिगांड प्रेस नियंत्रण + बदलाव का चयन करने के लिए और तीन लिगामेंट्स में से प्रत्येक में किसी भी एकल परमाणु या बांड पर माउस क्लिक करें, यानी बीसीजी, एएनपीऔर एमजी।
    1. इसके बाद, कीबोर्ड पर ऊपर तीर कुंजी दबाएं जब तक कि तीन लिगांड के सभी परमाणुओं को हरे रंग की चमक के साथ हाइलाइट नहीं किया जाता है। ड्रॉपडाउन मेनू में क्लिक करके भविष्य के उपयोग के लिए इस चयन को परिभाषित करें चयनकर्ता को परिभाषित > चुनें. पॉप-अप मेनू में, प्रकार:
      लिगांड वर्तमान चयन का नाम है, और फिर ठीकपर क्लिक करें ।
      नोट: ऊपर तीर पर क्लिक करने के चरण 1.4.1 में भी कई बार पूरे प्रोटीन का चयन करेंगे। उस स्थिति में, डाउन एरो बटन पर क्लिक करें जब तक कि केवल तीन लिगामेंट्स के परमाणुओं का चयन न किया जाए।
    2. लिगामेंट्स के 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन करने के लिए ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करें: सेलेक्ट > जोनपर क्लिक करें। पॉप-अप विंडो में जो दिखाई देता है, अवशेषों के लिए चुनिंदा ड्रॉपडाउन मेनू को टॉगल करें,और यह सुनिश्चित करें कि शीर्ष बॉक्स की जांच की जाती है (< से कम दूरी की जांच करें और 5.0 Å पर सेट करें)। फिर, ठीक परक्लिक करें। केवल अवशेष जो 5 Å दूर से कम हैं, उन्हें हाइलाइट किया जाएगा।
      नोट: चरण 1.4-1.4.2 को टाइप करके कमांड लाइन का उपयोग करके बड़े पैमाने पर सरल बनाया जा सकता है:
      नाम जमे हुए ligands:BGC: एमजी: ANP
      जोन लिगांड 5 का चयन सच अवशेषों का विस्तार सच
  5. लाठी के रूप में साइड चेन प्रदर्शित करना और सक्रिय साइट पानी के अणुओं को दिखाना/समायोजित करना: चयन और केंद्र को प्रदर्शित करने के लिए ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करें और उन्हें दिखाने के लिए एटम/> बांड शो > कार्रवाई पर क्लिक करके चयन पर ज़ूम करें । चयन को केंद्र में रखने के लिए, एक्शन > व्यूपर क्लिक करें । फिर, चयन को साफ करने के लिए, चुनें > पर क्लिक करें या खाली जगह में कहीं भी क्लिक करें ।
  6. सक्रिय साइट लिगामेंट्स के साथ एंजाइम की बातचीत दिखाते हुए: ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करें और चुनिंदा > उपयोगकर्ता-परिभाषित चयनकर्ताओं > लिगांड्सपर क्लिक करें। फिर, एच-बांड > टूल्स > स्ट्रक्चर एनालिसिसपर क्लिक करें। पॉप-अप विंडो में, यह सुनिश्चित करें कि चयन द्वारा सीमा की जांच की जाती है, ड्रॉपडाउन मेनू कम से कम एक अंत चयनित के साथ सेट किया गया है, और परमाणुओं का चयन किया जाता है, और फिर ओकेपर क्लिक करें। चयन को क्लियर करने के लिए सिलेक्ट > क्लियरपर क्लिक करें ।
    नोट: Å में बांड लंबाई देखने के लिए दूरी लेबल बॉक्स की जांच करें; हालांकि, यह दृश्य बहुत व्यस्त बनाता है। अंत में, आप कलर बॉक्स पर क्लिक करके और पॉप-अप विंडो में एक नया रंग का चयन करके एच-बांड का रंग बदल सकते हैं।
  7. संरचना को सरल बनाना: कार्टून को छिपाने के लिए शीर्ष कार्टून टूलबार का उपयोग करना या ड्रॉपडाउन मेनू पर क्लिक करना: कार्टून > > क्रियाएं।
  8. लिगांड और हाइड्रोजन-बंधुआ साइड चेन लेबलिंग: चरण 1.4 के रूप में लिगांड (धराशायी रेखाओं से जुड़े) से निर्मित हाइड्रोजन वाले अवशेषों का चयन करने के लिए माउस का उपयोग करें। फिर, ड्रॉपडाउन मेनू में, अवशेषों > लेबल > कार्रवाइयोंपर क्लिक करें > नाम कॉम्बो। इसके बाद, > उपयोगकर्ता-परिभाषित चयनकर्ताओं > लिगांड्सपर क्लिक करें । फिर, अवशेषों > लेबल > > कार्रवाईपर क्लिक करें । अंत में, चयन को स्पष्ट करें, > स्पष्ट >पर क्लिक करके।
  9. किसी भी बिंदु पर प्रतिपादन को सहेजकर उस पर काम पर लौटने या दूसरों के साथ साझा करने के लिए: ड्रॉपडाउन मेनू में फ़ाइल > सेवपर क्लिक करें। एक स्थान चुनें, एक फाइल नाम दर्ज करें, और सेवपर क्लिक करें।
    नोट: सुनिश्चित करें कि प्रारूप सेट है: कल्पनाएक्स सत्र *.cxs।
  10. एम्बेडिंग या प्रिंटिंग के लिए एक छवि को बचाना: सबसे पहले माउस का उपयोग अणु को वांछित के रूप में उन्मुख करने के लिए करें। कमांड लाइन में टाइप करके पृष्ठभूमि रंग को सफेद में बदलें:
    सेट बीजीकलर सफेद
    अंत में, टूलबार में स्नैपशॉट आइकन पर क्लिक करें। छवि डेस्कटॉप को सहेजेगी।
    नोट: ड्रॉपडाउन मेनू में पृष्ठभूमि का रंग भी उपलब्ध है; एक मैक पर, UCSF ChimeraX > वरीयताओंपर क्लिक करें; एक पीसी पर, पृष्ठभूमि > सेटिंग्स > पसंदीदापर क्लिक करें ।

2. iCn3D प्रोटोकॉल

नोट: ट्रैकपैड और माउस नियंत्रण:घुमाने, क्लिक करें और खींचने के लिए (माउस: बाएं क्लिक और खींचें)। ज़ूम करने के लिए, चुटकी और प्रसार (माउस: स्क्रॉल व्हील घुमाएं)। अनुवाद करने के लिए (यानी, पूरी संरचना को स्थानांतरित करें) क्लिक करें और दो उंगलियों (माउस: सही क्लिक और खींचें) के साथ खींचें। फिर से केंद्र के लिए, शीर्ष ड्रॉपडाउन मेनू में देखने पर मंडराना, और फिर केंद्र चयनपर क्लिक करें ।

  1. संरचना को iCn3D में लोड करना: फाइल लोड करने के लिए iCn3D Web-आधारित 3D स्ट्रक्चर व्यूअर पर नेविगेट करें और 3FGU को इनपुट एमएमडीबी या पीडीबी आईडी बॉक्स में टाइप करें।
  2. सक्रिय साइट में लिगामेंट्स की पहचान करना: ड्रॉपडाउन मेनू में विश्लेषण पर मंडराना, और फिर Seq. और एनोटेशनपर क्लिक करें। इस मामले में प्रोटीन और केमिकल/आयन/पानी के दृश्यों को एक खड़ी मेज में दिखाया गया है । सक्रिय साइट लिगांड्स एएनपी, बीजीसी और एमजी सूचीबद्ध देखने के लिए नीचे स्क्रॉल करें। संरचना दर्शक में, उनके नाम देखने के लिए सक्रिय साइट (प्रोटीन कार्टून के केंद्र में लाठी के रूप में दिखाया गया) में लिगांड पर मंडराना।
  3. प्रतिनिधित्व को समायोजित करना: इस प्रोटोकॉल के लिए कोई प्रारंभिक समायोजन की आवश्यकता नहीं है।
  4. एक सक्रिय साइट को परिभाषित करने के लिए 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन: लिगामेंट्स का चयन करने के लिए, चुनिंदा ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करें और 3D पर सेलेक्ट परक्लिक करें। सुनिश्चित करें कि अवशेषों की जांच की जाए ।
    1. लिगामेंट्स का चयन करने के लिए, पीसी पर एएलटी बटन या मैक पर विकल्प बटन को दबाए रखें, और माउस या ट्रैकपैड का उपयोग करके पहले लिगामेंट (जैसे, बीसीजी)पर क्लिक करें। फिर, प्रेस नियंत्रण और एएनपी और एमजी लिगामेंट्स पर क्लिक करें ताकि उन्हें चयन में जोड़ा जा सके।
      नोट: लिगामेंट्स पीले रंग में हाइलाइट हो जाएंगे क्योंकि उनका चयन किया जाता है।
    2. ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करके इस चयन को सहेजें: चयन > चयन के चयन के चयन पर क्लिक करें और पॉप-अप विंडो (जैसे, 3Ligands)में एक नाम इनपुट करने के लिए कीबोर्ड का उपयोग करें, और फिर सेवपर क्लिक करें । सेलेक्ट सेट पॉप-अप विंडो अब दिखाई देगी।
      नोट: यदि चयन गलत है, तो सिलेक्ट > क्लियर सेलेक्शनपर क्लिक करें ।
    3. लिगामेंट्स के 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन करें: ड्रॉपडाउन मेनू में, दूरी के अनुसार चुनिंदा >पर क्लिक करें। पॉपअप मेनू में जो दिखाई देता है, ब्लॉक में टाइप करके दूसरा आइटम (एक त्रिज्या के साथ गोला) को बदलकर 5 Å कर दें। बॉक्स्ड वर्ड डिस्प्लेपर क्लिक करें, और फिर ऊपरी दाएं हाथ के कोने में क्रॉस साइन पर क्लिक करके खिड़की बंद करें।
      नोट: चरण 2.4.3 में दिखाई देने वाले पॉप-अप मेनू में, पहला सेट इनपुट "चयनित" और दूसरा सेट "गैर-चयनित" के साथ छोड़ दें। ध्यान दें कि 5 Å के भीतर परमाणुओं/संरचनाओं एक पीले रंग की चमक के साथ प्रकाश डाला हो जब प्रदर्शन क्लिक किया जाता है ।
    4. ड्रॉपडाउन मेनू का उपयोग करके 5 Å सक्रिय साइट को सहेजें: सेलेक्ट पर होवर और सेव सेलेक्शनपर क्लिक करें, कीबोर्ड (जैसे, 5Ang)का उपयोग करके पॉपअप विंडो में एक नाम इनपुट करें, और सेवपर क्लिक करें।
    5. इसके बाद एक नया चयन बनाएं जो दो सेट (5Ang और 3Ligands) को जोड़ती है: चुनिंदा सेट पॉप-अप मेनू में, सीटीआरएल-क्लिक (पीसी) या कमांड-क्लिक (मैक) 5Ang और 3Ligands। चयन > चयन के चयनपर क्लिक करें, एक नाम (जैसे, 5AFull)टाइप करने के लिए कीबोर्ड का उपयोग करें, और फिर सेवपर क्लिक करें ।
  5. हाइड्रोजन बांड जैसे सक्रिय साइट लिगामेंट्स के साथ एंजाइम की बातचीत दिखाते हुए: ड्रॉपडाउन मेनू में विश्लेषण पर होवर और इंटरैक्शनपर क्लिक करें। सभी गैर-सरकारी बातचीत का एक व्यापक पॉप-अप मेनू दिखाई देगा।
    1. "हाइड्रोजन बांड" और "नमक पुल/आयनिक" चेकबॉक्स को छोड़कर सब कुछ अनियंत्रित । पहले सेट का चयन करने के लिए 3Ligands पर क्लिक करें और दूसरे सेट के लिए 5Ang । बॉक्स्ड टेक्स्ट पर क्लिक करें जो 3D डिस्प्ले इंटरैक्शन पढ़ता है। ऊपरी दाएं हाथ के कोने में क्रॉस साइन पर क्लिक करके खिड़की बंद करें।
      नोट: संपर्क/बातचीत संभवतः प्रेरित डिपोल-प्रेरित डाइपोल इंटरैक्शन का प्रतिनिधित्व करती है, जो अक्सर प्रदर्शन को व्यस्त बनाती है । यदि वांछित है, तो किसी भी प्रकार की बातचीत के लिए दूरी बदल दें।
    2. केवल हाइड्रोजन बांड दिखाने के लिए, चुनिंदा सेट पॉप-अप विंडो में 5अफुल पर क्लिक करें। फिर, ड्रॉपडाउन मेनू में विश्लेषण पर मंडराते हैं, और फिर केम पर क्लिक करें। बाइंडिंग > शो।
  6. साइड चेन को लाठी के रूप में प्रदर्शित करना और सक्रिय साइट पानी के अणुओं को दिखाना/समायोजित करना: चुनिंदा सेट पॉप-अप मेनू का उपयोग करें और 5AFullपर क्लिक करें । फिर, ड्रॉपडाउन मेनू में, स्टाइल > साइड चेन > स्टिकपर क्लिक करें। रंग > परमाणु पर सीपीके रंग क्लिक लागू करने के लिए। अंत में, शैली > पानी > क्षेत्रों पर क्लिक करें (यदि आप बड़े पानी के अणुओं को पसंद करते हैं)।
  7. संरचना को सरल बनाना: चुनिंदा सेट पॉप-अप मेनू में, 5AFullपर क्लिक करें। फिर, ड्रॉपडाउन मेनू में, देखें > देखें चयन पर क्लिक करें (सिर्फ 5AFull बाध्यकारी साइट देखने के लिए)। इसके बाद, स्टाइल > प्रोटीन > स्टिक (रिबन के बजाय छड़ी के रूप में प्रोटीन चेन दिखाने के लिए) पर क्लिक करें।
    1. लिगांड के कार्बन परमाणुओं को एक विषम रंग रंग में रंगने के लिए, चुनिंदा सेट पॉप-अप विंडो में रसायनों पर क्लिक करें। इसके बाद ड्रॉपडाउन मेन्यू में व्यू > व्यू सिलेक्शनपर क्लिक करें । 3D पर सेलेक्ट > पर अगला क्लिक करें (सुनिश्चित करें "परमाणु" की जांच की गई है)। चरण 2.4.1 में वर्णित नियंत्रणों का उपयोग करके, बीजीसी और एएनपी में सभी कार्बन परमाणुओं का चयन करने के लिए माउस और कीबोर्ड का उपयोग करें। फिर, ड्रॉपडाउन मेनू में रंग > यूनिकलर > सियान > सियानपर क्लिक करें।
    2. पूरी सक्रिय साइट को फिर से प्रदर्शित करने के लिए, 5AFullपर क्लिक करने के लिए चुनिंदा सेट पॉप-अप विंडो का उपयोग करें। इसके बाद ड्रॉपडाउन मेन्यू में व्यू > व्यू सेलेक्शनपर क्लिक करें ।
  8. लिगांड और हाइड्रोजन-बंधुआ साइड चेन लेबलिंग: Interface_allका चयन करने के लिए चुनिंदा सेट पॉप-अप विंडो का उपयोग करें, और फिर, ड्रॉपडाउन मेनू में, विश्लेषण > लेबल > प्रति अवशेष और संख्यापर क्लिक करें ।
    नोट: आपको हर बार लेबल जोड़ने के लिए प्रति अवशेष और संख्या का पुनर्चयन करना होगा, भले ही मेनू आइटम पहले से ही पिछले लेबल से जांचा जाएगा।
  9. किसी भी बिंदु पर प्रतिपादन को सहेजकर उस पर काम पर लौटने या दूसरों के साथ साझा करने के लिए: ड्रॉपडाउन मेनू में, फ़ाइल > शेयर लिंक पर क्लिक करें। छोटे यूआरएल (उदाहरण के लिए: https://structure.ncbi.nlm.nih.gov/icn3d/share.html?r83NqCz41bu7cmcs8) कॉपी करें और इसे ब्राउज़र पर चिपकाएं।
  10. एम्बेडिंग या प्रिंटिंग के लिए एक छवि को सहेजना: ड्रॉपडाउन मेनू में, चुनिंदा > टॉगल हाइलाइटपर क्लिक करें। फिर, स्टाइल > बैकग्राउंड > व्हाइटपर क्लिक करें। अंत में, फाइल > सेव फाइल्स > iCn3D PNG Image पर क्लिक करें और वांछित आकार चुनें।

3. जामोल प्रोटोकॉल

नोट: ट्रैकपैड और माउस नियंत्रण: घुमाने, क्लिक करें और खींचने के लिए (माउस: बाएं क्लिक और खींचें)। ज़ूम करने के लिए: दो उंगलियों का उपयोग करके खड़ी स्क्रॉल करें (माउस: शिफ्ट + लेफ्ट क्लिक + वर्टिकल ड्रैग)। अनुवाद करने के लिए (यानी, पूरी संरचना को स्थानांतरित करें) नियंत्रण + alt + क्लिक करें और खींचें (पीसी), नियंत्रण + विकल्प + क्लिक करें और खींचें (मैक) । फिर से केंद्र में: संरचना दर्शक विंडो के खाली स्थान में + डबल क्लिक शिफ्ट करें।

  1. संरचना को जामोल में लोड करना: फाइल > कंसोल पर क्लिक करके संरचना के साथ कार्यक्षेत्र स्थापित करने के लिए जीयूआई के शीर्ष पर ड्रॉपडाउन मेनू काउपयोग करें। इसके बाद पीडीबी प्राप्त करने > फाइलपर क्लिक करें । पॉप-अप विंडो में, प्रकार: 3fgu
    फिर, ठीक परक्लिक करें।
    नोट: बारी-बारी से, संरचना को लोड करने के लिए जामोल कंसोल का उपयोग करें, टाइप करके: लोड = 3fgu
    नोट: किसी भी टाइप किए गए लाइन कमांड को इनपुट करने के बाद, इसे निष्पादित करने के लिए कीबोर्ड पर रिटर्न दबा दें।
  2. प्रतिनिधित्व को समायोजित करना: स्ट्रक्चर व्यूअर विंडोमें कहीं भी राइट-क्लिक (या कंट्रोल + क्लिक) द्वारा पॉप-अप मेनू खोलें।
    1. प्रोटीन को कार्टून प्रतिनिधित्व में बदलने के लिए, पॉप-अप मेनू में, चयन > चयन प्रभामंडलपर क्लिक करें। इसके बाद, सभी > चुनिंदा प्रोटीन >पर क्लिक करें । अंत में, कार्टून > स्टाइल > योजनापर क्लिक करें ।
      नोट: चयन प्रभामंडल सभी चयनित परमाणुओं के चारों ओर एक पीले रंग की रूपरेखा (चमक) डालता है।
    2. डिस्प्ले > सेलेक्ट >वॉटर पर क्लिक करके पानी को छिपाने के लिए टॉप ड्रॉपडाउन मेन्यू > इस्तेमाल करें । इसके बाद, डिस्प्ले > एटम > कोई नहीं,पर क्लिक करें और अंत में डिस्प्ले > पर क्लिक करें > कोई नहींचुनें ।
  3. सक्रिय साइट में लिगामेंट्स की पहचान करना: सक्रिय साइट पर ज़ूम इन करने के लिए माउस का उपयोग करें, और फिर लिगांड को लाठी के रूप में प्रदर्शित करने के लिए उप-कदम में आदेशों का उपयोग करें।
    नोट: जब आप फ़ाइल लोड करते हैं तो जेलोल कंसोल में लिगांड नाम दिखाई देते हैं। आप हेटम द्वारा > के चयन > हेतेरोपर क्लिक करके, पॉप-अप मेनू का उपयोग करके बाउंड लिगामेंट नाम भी देख सकते हैं।
    1. उनके नाम देखने के लिए माउस के साथ लिगामेंट्स पर मंडराएं। सक्रिय साइट संरचना के केंद्र के पास है; लिगांड एमजी, बीजीसी और एएनपी सक्रिय साइट में स्थित हैं।
    2. लिगामेंट्स बीसीजी और एएनपी का चयन करें: जामोल कंसोल का उपयोग करके, प्रकार:
      बीजीसी, एएनपी का चयन करें
    3. लिगामेंट्स बीसीजी और एएनपी को लाठी के रूप में प्रदर्शित करने के लिए, पॉप-अप मेनू का उपयोग करें और स्टाइल > स्कीम > स्टिक्सपर क्लिक करें।
  4. एक सक्रिय साइट को परिभाषित करने के लिए 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन: जामोल कंसोल में, तीन लिगामेंट्स के 5 Å के भीतर परमाणुओं का चयन करने के लिए निम्नलिखित कमांड टाइप करें:
    भीतर का चयन करें (5, (बीजीसी, anp, मिलीग्राम))
    1. पूर्ण अमीनो एसिड अवशेषों का चयन करने के लिए, कंसोल में निम्नलिखित टाइप करें और एंटर करें
      (समूह, चयनित) के भीतर चयन करें
      नोट: Jmol सांत्वना 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन करने के लिए सबसे अच्छा तरीका है।
  5. लाठी के रूप में साइड चेन प्रदर्शित करना और सक्रिय साइट पानी के अणुओं को दिखाना/समायोजित करना: पॉप-अप मेनू लाने के लिए राइट-क्लिक करें, और स्टाइल > स्कीम > स्टिक्सपर मंडराना ।
    नोट: चरण 3.5 छड़ी प्रतिनिधित्व में सक्रिय साइट साइड चेन दिखाता है। संरचना में अभी भी कुछ खाली प्रभामंडल होंगे जो सक्रिय स्थल में पानी के अणुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं।
    1. जामोल कंसोल में, निम्नलिखित कमांड को फिर से निष्पादित करें:
      भीतर का चयन करें (5, (बीजीसी, anp, मिलीग्राम))
      नोट: किसी कमांड को फिर से निष्पादित करने के लिए, कंसोल के भीतर क्लिक करें, और फिर उस आदेश के प्रकट होने तक कीबोर्ड पर एरो कीज़ का उपयोग करें, और इसे फिर से निष्पादित करने के लिए एंटर पर क्लिक करें।
    2. पानी के अणु परमाणुओं को प्रदर्शित करने के लिए, निम्नलिखित दो आदेशों को टाइप करके चयन से लिगांड और प्रोटीन को हटा दें:
      समूह प्रोटीन का चयन करें
      समूह हेट्रो को हटाएं और पानी का चयन करें
    3. पानी के अणुओं को प्रदर्शित करने के लिए, ड्रॉपडाउन मेनू डिस्प्लेपर क्लिक करें। एटम पर मंडराओ और 20% वैन डेर Waalsपर क्लिक करें । हरे मैग्नीशियम आयनों को अभी भी लाठी के रूप में दिखाया जाएगा। जामोल कंसोल में निम्नलिखित आदेशों को टाइप करके अधिक सामान्य क्षेत्र प्रतिनिधित्व में मैग्नीशियम आयन प्रदर्शित करें:
      एमजी का चयन करें
      स्पेसफिल 50%
    4. लिगांड को प्रोटीन से अलग करने के लिए फिर से रंगें: जामोल कंसोल में, एक कमांड को निष्पादित करने के लिए निम्नलिखित टाइप करें जो एक हल्के रंग योजना में लिगांड को फिर से रंग देता है:
      चुनें (bgc, anp) और कार्बन; रंग [211,211,211]
      चुनें (बीजीसी, anp) और ऑक्सीजन; रंग [255,185,185]
      चुनें (बीजीसी, anp) और नाइट्रोजन; रंग [150,210,255]
      चुनें (बीजीसी, एएनपी) और फास्फोरस; रंग [255,165,75]
      एमजी का चयन करें; रंग पीलाग्रीन
  6. सक्रिय साइट लिगामेंट्स के साथ एंजाइम की बातचीत दिखाते हुए: जामोल कंसोल का उपयोग करके, निम्नलिखित कमांड की प्रत्येक पंक्ति को निष्पादित करें:
    लिगबंड को परिभाषित करें (एएनपी, बीजीसी, एमजी)
    भीतर का चयन करें (5, (बीजीसी, anp, मिलीग्राम))
    समूह हेट्रो को हटाएं और पानी का चयन करें
    1. हाइड्रोजन बांड को चित्रित करने के लिए लाइनें दिखाने के लिए, इस आदेश को जामोल कंसोल में टाइप करें:
      कनेक्ट 3.3 (लिगब्लंड और (ऑक्सीजन या नाइट्रोजन)) (चयनित और (ऑक्सीजन या नाइट्रोजन)) अकड़ पीला
      फिर, कंसोल में निम्नलिखित कमांड टाइप करके लाइनों की मोटाई को संशोधित करें:
      सभी का चयन करें; अकड़ 0.1; किसी का चयन नहीं
  7. संरचना को सरल बनाना: प्रोटीन के कार्टून को छिपाने और चयन को साफ करने के लिए, जामोल कंसोल में, प्रकार:
    सभी का चयन करें; कार्टून बंद; किसी का चयन नहीं
  8. लेबलिंग लिगामेंट्स और हाइड्रोजन-बंधुआ साइड चेन: पॉप-अप विंडो में, सेट पिकिंग> पर क्लिक करें एटम का चयन करें । हाइड्रोजन बंधुआ अवशेषों में से एक में एक परमाणु पर क्लिक करें । कंसोल में अमीनो एसिड और अवशेष संख्या दिखाई देती है। फिर, उदाहरण के लिए, लेबल टाइप करने के लिए कंसोल का उपयोग करें:
    लेबल ग्लू-256
  9. किसी भी बिंदु पर प्रतिपादन को सहेजकर उस पर काम पर लौटने या दूसरों के साथ साझा करने के लिए: शीर्ष मेनू में, कैमरा आइकन पर क्लिक करें। फ़ाइल का नाम टाइप करें और सहेजने के लिए स्थान का चयन करें।
    नोट: एक निर्यात JPEG फ़ाइल (.jpg) दोनों एक छवि के लिए जानकारी के रूप में यह निर्यात के समय प्रदर्शन खिड़की में दिखाई देता है, साथ ही मॉडल की वर्तमान स्थिति शामिल हैं । मॉडल को फिर से लोड करने के लिए, जामोल खोलें और सेव किए गए जेपीईजी फाइल को जामोल डिस्प्ले विंडो में खींचें।
  10. एम्बेडिंग या प्रिंटिंग के लिए एक छवि को सहेजना: जामोल कंसोल में, टाइप करके पृष्ठभूमि को सफेद रंग से फिर से रंगें:
    पृष्ठभूमि सफेद
    चरण 3.9 में, कैमरा आइकन पर क्लिक करें और फ़ाइल को सहेजें।

4. पायमोल प्रोटोकॉल

नोट: ट्रैकपैड और माउस नियंत्रण: घुमाने, क्लिक करें और खींचने के लिए (माउस: बाएं क्लिक और खींचें)। ज़ूम करने के लिए, चुटकी और प्रसार (माउस: सही क्लिक करें और खींचें) । अनुवाद करने के लिए (यानी, पूरी संरचना को स्थानांतरित करें), + क्लिक और ड्रैग को नियंत्रित करें (माउस: कमांड + लेफ्ट क्लिक और ड्रैग)। फिर से केंद्र के लिए सही हाथ वस्तु पैनल के पास जाओ और एक > ओरिएंट या केंद्रपर क्लिक करें ।

  1. संरचना को PyMOL में लोड करना: जीयूआई के शीर्ष के पास कमांड लाइन में ("पायमोल> से पहले),प्रकार:
    लाने 3FGU
    नोट: किसी भी टाइप किए गए लाइन कमांड को इनपुट करने के बाद, इसे निष्पादित करने के लिए कीबोर्ड पर रिटर्न दबा दें।
  2. प्रतिनिधित्व का समायोजन: नाम/PyMOL खिड़की के दाहिने हाथ की ओर वस्तु पैनल में, "3FGU" के अधिकार के लिए एच > पानीपर क्लिक करें ।
  3. सक्रिय साइट में लिगामेंट्स की पहचान करना: सबसे पहले टॉप ड्रॉपडाउन मेनू पर क्लिक करके सीक्वेंस व्यूअर को चालू करें: डिस्प्ले > सीक्वेंस।
    1. ग्रे बार को तब तक सही स्क्रॉल करें जब तक कि आपको लिगामेंट नाम (बीसीजी, एएनपी, एमजी, के) न मिल जाए।
      नोट: दो अभ्यावेदन, एक कार्टून रिबन और छड़ें हैं; लिगामेंट्स को लाठी के रूप में दिखाया गया है। सुनिश्चित करें कि नीचे सही पैनल पर माउस नियंत्रण में चयन मोड अवशेष और 3-बटन देखने मोड के लिए सेट किया गया है इन नामों पर क्लिक करके विकल्पों के माध्यम से टॉगल करने के लिए ।
    2. माउस का उपयोग करके, लिगामेंट्स को दृश्यमान बनाने के लिए घुमाएं और ज़ूम करें।
  4. एक सक्रिय साइट को परिभाषित करने के लिए 5Å के भीतर अवशेषों का चयन करना: सक्रिय साइट में लिगामेंट्स का चयन करने के लिए, संरचना दर्शक में हर एक(बीसीजी, एएनपी, एमजी)पर क्लिक करें। एक नया चयन नाम/ऑब्जेक्ट पैनल में चबूतरे; "sele" नाम की इस नई वस्तु के दाईं ओर, एक बटन पर क्लिक करें, और फिर पॉप-अप मेनू में नाम बदलने पर क्लिक करें ।
    नोट: अवांछित चयन को स्पष्ट करने के लिए, चयन करने के लिए संरचना दर्शक में खाली जगह पर क्लिक करें।
    1. कीबोर्ड का उपयोग करके, संरचना दर्शक खिड़की के शीर्ष बाएं हाथ की ओर दिखाई देने वाले अक्षर "सेले" को हटा दें, और उनके स्थान पर, टाइप करें:
      लिगांड्स
      नोट: चरण 4.4-4.4.1 कमांड लाइन का उपयोग करके किया जा सकता है; प्रकार:
      सेले लिगांड्स, resn BGC +ANP+MG
    2. इस चयन का उपयोग पहले डुप्लिकेट द्वारा लिगामेंट्स के आसपास के क्षेत्र को परिभाषित करने के लिए करें, लिगांड्स > ए > डुप्लिकेटपर क्लिक करें। फिर, sel01 > एक > नाम बदलने पर क्लिक करें
      कीबोर्ड का उपयोग करके, "se101" अक्षरों को हटा दें और टाइप करें:
      सक्रिय
    3. 5 Å के भीतर अवशेषों को दिखाने के लिए इस चयन को संशोधित करें: नाम/ऑब्जेक्ट पैनल में, सक्रिय > पर क्लिक करें एक > संशोधित > 5 ए, अवशेषों द्वारा > का विस्तार करें। फिर, इन अवशेषों को लाठी के रूप में दिखाने के लिए, सक्रिय > एस > नद्यपान > छड़ेंपर क्लिक करें। अंत में, चयन को साफ करने के लिए स्ट्रक्चर व्यूअर में खाली जगह पर क्लिक करें।
      नोट: चरण 4.4.3 कमांड लाइन, प्रकार का उपयोग करके किया जा सकता है:
      सेले सक्रिय, बाइरेस सभी लिगांड के 5 के भीतर
      लाठी दिखाना, सक्रिय
  5. साइड चेन को लाठी के रूप में प्रदर्शित करना और सक्रिय साइट पानी के अणुओं को दिखाना/समायोजित करना: लिगांड > ए > डुप्लीकेटपर नाम/ऑब्जेक्ट पैनल क्लिक करें । चयन का नाम बदलने के लिए, चयन का नाम बदलने के > सेल02> पर क्लिक करें । स्ट्रक्चर व्यूअर के टॉप राइट में दिखाई देने वाले नाम बदलने वाले मेन्यू में लिखे अक्षरों को हटाएं और टाइप करें:
    active_water
    1. सक्रिय साइट पानी के अणुओं को नियंत्रित करने के लिए नए चयन को समायोजित करने के लिए, 4 एंग्स्ट्रॉम के भीतर > परमाणुओं के आसपास > एक > संशोधित active_water >पर क्लिक करें । इसे और संशोधित करने और पानी के अणुओं तक सीमित करने के लिए, active_water > पर क्लिक करें > > सॉल्वेंट को प्रतिबंधित > । अंत में, active_water > पर क्लिक करें एक > प्रीसेट > बॉल और स्टिक।
      नोट: जीयूआई 4 Å के भीतर चयन की अनुमति देता है; लाइन कमांड हाइड्रोजन संबंध पानी के अणुओं के लिए 3.3 Å की अधिक उपयुक्त दूरी के चयन की अनुमति देते हैं। गोले के वैन डेर वाल्स रेडी जीयूआई में सेट नहीं किया जा सकता है, लेकिन "बॉल एंड स्टिक" चयन 0.5 Å के करीब है।
      नोट: निम्नलिखित कोड की प्रत्येक पंक्ति को टाइप करके, कमांड लाइन का उपयोग करके चरण 4.5-4.5.1 निष्पादित किए जा सकते हैं:
      active_water का चयन करें, ((ligands) के आसपास ३.३) और (resn HOH)
      शो गोले, active_water
      active_water बदलें, vdw = 0.5
      पुनर्निर्माण
  6. सक्रिय साइट लिगामेंट्स के साथ एंजाइम की बातचीत दिखा रहा है। सक्रिय > ए > जूम पर क्लिक करके सक्रिय साइट पर ज़ूम करें। लिगांड और सक्रिय साइट के बीच ध्रुवीय संपर्कों को खोजने के लिए, किसी भी परमाणु के > > ध्रुवीय संपर्कों > > लिगांड्सपर क्लिक करें। ligands_polar_contacts > एस > लेबल पर क्लिक करके लेबल के रूप में दूरीदिखाएं ।
  7. संरचना को सरल बनाना: प्रोटीन के कार्टून को छिपाएं, जो प्रोटीन के उस हिस्से को छुपाता है जो सक्रिय साइट में नहीं है, नाम/ऑब्जेक्ट पैनल में 3FGU > एच > कार्टून पर क्लिक करके । इसके बाद, नाम/ऑब्जेक्ट पैनल में ligands_polar_contacts > एच > लेबल पर क्लिक करके हाइड्रोजन बॉन्ड लंबाई के लेबल को छिपाएं ।
    1. लिगांड को प्रोटीन से अलग करने के लिए, लिगांड्स > सी > तत्व द्वारा CHNOS > क्लिक करें और विकल्प का चयन करें जहां "सी" सियान (एक हल्का नीला) है।
      नोट: चरण 4.7.1 कमांड लाइन का उपयोग करके निष्पादित किया जा सकता है। प्रकार:
      रंग सियान, लिगामेंट्स
      रंग परमाणु, लिगांड और! एलेम सी
  8. लिगामेंट्स और हाइड्रोजन-बंधुआ साइड चेन लेबलिंग: नाम/ऑब्जेक्ट पैनल में, किसी भी ऑब्जेक्ट नाम के दाईं ओर बटन पर, सक्रिय > एल > अवशेषोंपर क्लिक करें ।
  9. किसी भी बिंदु पर प्रतिपादन को सहेजकर उस पर काम पर लौटने या दूसरों के साथ साझा करने के लिए: ड्रॉपडाउन मेनू में फाइल > सेव सेशन परक्लिक करें । फिर, पॉप-अप विंडो में एक स्थान का चयन करें, एक फाइलनाम टाइप करें, और सेवपर क्लिक करें।
  10. एम्बेडिंग या प्रिंटिंग के लिए एक छवि को सहेजना: सबसे पहले, डिस्प्ले > बैकग्राउंड > व्हाइट पर क्लिक करके ड्रॉपडाउन मेनू में पृष्ठभूमि को सफेद मेंबदलें। एक नई फ़ाइल के रूप में छवि निर्यात, > पीएनजी के रूप में फ़ाइल > निर्यात छविपर क्लिक करके ।

Representative Results

प्रत्येक कार्यक्रम के लिए सफलतापूर्वक निष्पादित प्रोटोकॉल के परिणामस्वरूप सक्रिय साइट पर एक आणविक मॉडल तेजी से उभरा जाएगा, जिसमें सक्रिय साइट अवशेषों और लिगामेंट्स को लाठी के रूप में दिखाया गया है, प्रोटीन कार्टून छिपा हुआ है, और एक विषम रंग योजना के साथ प्रदर्शित लिगांड। अमीनो एसिड अवशेषों पर बातचीत करना उनके पहचानकर्ताओं के साथ लेबल किया जाना चाहिए, और हाइड्रोजन संबंध और आयनिक बातचीत लाइनों के साथ दिखाया गया है। इन सुविधाओं की उपस्थिति मॉडल के दृश्य निरीक्षण द्वारा निर्धारित की जा सकती है।

इस निरीक्षण को सुविधाजनक बनाने और उपयोगकर्ता को यह निर्धारित करने में सक्षम बनाने के लिए कि क्या उन्होंने प्रोटोकॉल के चरणों को सही ढंग से किया है, हमने एनिमेटेड आंकड़े प्रदान किए हैं जो प्रत्येक चरण के बाद संरचना की एक छवि प्रस्तुत करते हैं। कल्पनाएक्स, iCn3D, Jmol, और PyMOL के लिए, यह क्रमशः 7-10 के आंकड़ेमें सचित्र है।

चित्रा 7:कल्पनाएक्स प्रोटोकॉल आउटपुट। एनिमेटेड चित्रा कल्पनाएक्स प्रोटोकॉल के चरण 1.1-1.8 को दर्शाते हैं। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्र 8:iCn3D प्रोटोकॉल आउटपुट। एनिमेटेड आंकड़ा iCn3D प्रोटोकॉल के चरण 2.1-2.8 चित्रण। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 9:जामोल प्रोटोकॉल आउटपुट। एनिमेटेड आंकड़ा जोमोल प्रोटोकॉल के चरण 3.1-3.8 को दर्शाता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 10:PyMOL प्रोटोकॉल आउटपुट। एनिमेटेड आंकड़ा PyMOL प्रोटोकॉल के चरण 4.1-4.8 चित्रण । इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

सबसे आम त्रुटि जो इन प्रोटोकॉल के परिणाम को प्रभावित कर सकती है, वह गलत चयन है, जिसके परिणामस्वरूप संरचना का हिस्सा अवांछित प्रतिपादन में प्रदर्शित किया जा रहा है। यह आमतौर पर गलत क्लिक करने का परिणाम होता है, या तो संरचना पर, या प्रदर्शन मेनू बटन में से एक में। एक उप-ोढ़ परिणाम का एक उदाहरण एक मॉडल होगा जिसमें चिपक जाती है के रूप में प्रदर्शित सक्रिय साइट के बाहर अवशेष होते हैं। उपयोगकर्ता यह विश्लेषण करना शुरू कर सकता है कि क्या यह त्रुटि चिपक के रूप में प्रदर्शित अवशेषों का नेत्रहीन निरीक्षण करके और यह सुनिश्चित करने के लिए हुई है कि वे सक्रिय साइट लिगामेंट्स के निकट हैं। प्रदर्शित अवशेषों के 5Å के भीतर सक्रिय साइट लिगांड के 5Å के भीतर हैं या नहीं, इसका मूल्यांकन करने के लिए एक उन्नत विधि पास के लिगांड और सक्रिय साइट अवशेषों के बीच की दूरी को मापने के लिए प्रत्येक कार्यक्रम में निर्मित माप उपकरणों का उपयोग करना है। माप उपकरण इस पांडुलिपि के दायरे से बाहर हैं; हालांकि, हम इच्छुक उपयोगकर्ताओं को इस प्रकार के विश्लेषण का ब्यौरा देने वाले कई ऑनलाइन ट्यूटोरियल का पता लगाने के लिए प्रोत्साहित करते हैं।

हम इस प्रोटोकॉल के एक उप-इष्टतम निष्पादन का एक विशिष्ट उदाहरण प्रस्तुत करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप PyMOL में नाम/ऑब्जेक्ट्स पैनल पर गलत क्लिक किया जाता है । यह त्रुटि पूरे प्रोटीन को लाठी के रूप में प्रदर्शित करती है, न कि इस प्रतिनिधित्व का उपयोग करके केवल सक्रिय साइट दिखाने के बजाय, जैसा कि चित्र 11में दर्शाया गया है।

Figure 11
चित्र 11:नकारात्मक परिणाम। नकारात्मक परिणाम का उदाहरण। PyMOL में पूर्ण कार्टून का गलत चयन और लाठी प्रदर्शित करना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

समस्या निवारण के लिए, उपयोगकर्ता को पूरे मॉडल के लिए लाठी छिपाने की आवश्यकता होगी (नाम/ऑब्जेक्ट पैनल में 3FGU लेबल), और फिर केवल "सक्रिय" नाम के चयन के लिए छड़ी प्रतिनिधित्व दिखाने के लिए, छिपाने का उपयोग कर और PyMOL में बटन दिखाने/ इस प्रकार की त्रुटि से मॉडल को ठीक करना अपेक्षाकृत सरल है, एक बार उपयोगकर्ता मॉडल के विभिन्न हिस्सों के लिए उपयुक्त चयन बनाने और उन्हें प्रभावी ढंग से प्रदर्शित करने और छिपाने में सक्षम है। यह प्रोटोकॉल को पुनः आरंभ करने और एक और समय चरणों के माध्यम से काम करने के लिए आकर्षक है; हालांकि, हम उपयोगकर्ता को "स्क्रिप्ट से दूर" जाने और मॉडल के साथ प्रयोग करने से डरने के लिए प्रोत्साहित करते हैं। हमारे अनुभव में, प्रदर्शन त्रुटियों के माध्यम से काम करना मॉडलिंग कार्यक्रम को समझने में प्रगति की सुविधा प्रदान करता है।

प्रत्येक कार्यक्रम के लिए सफलतापूर्वक निष्पादित प्रोटोकॉल से अंतिम आउटपुट का एक साथ-साथ प्रदर्शन चित्र 12में दिखाया गया है। उपयोगकर्ता को विभिन्न कार्यक्रमों में बनाए गए मॉडलों की उपस्थिति की तुलना करने की अनुमति देने के लिए विचार इसी तरह उन्मुख हैं।

Figure 12
चित्रा 12:कार्यक्रमों में अंतिम संरचना तुलना। प्रोटोकॉल के अंत में प्रतिपादन प्रत्येक सक्रिय साइट की संरचना की तुलना। ए: कल्पनाएक्स, बी: iCn3D, सी: जामोल, डी: PyMOL। PyMOL सक्रिय साइट लेबल में सभी सक्रिय साइट अवशेष और लिगामेंट शामिल हैं। अन्य आउटपुट में केवल हाइड्रोजन बंधुआ साइड चेन लेबल है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

यह प्रोटोकॉल एक एंजाइम सक्रिय साइट के मॉडलिंग के लिए दस-चरण की प्रक्रिया को रेखांकित करता है, जो बायोमॉलिकुलर मॉडलिंग के लिए चार लोकप्रिय कार्यक्रमों पर लागू होता है। प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण चरण हैं: सक्रिय साइट में लिगांड की पहचान करना, एक सक्रिय साइट को परिभाषित करने के लिए 5 Å के भीतर अवशेषों का चयन करना, और सक्रिय साइट लिगामेंट्स के साथ एंजाइम की बातचीत दिखाना। जैविक कार्य के लिए प्रासंगिक लिगांड को अलग करना सर्वोपरि है, क्योंकि यह उपयोगकर्ता को 5 Å के भीतर अमीनो एसिड अवशेषों को परिभाषित करने की अनुमति देता है जो लिगांड को बाध्यकारी करने में भूमिका निभा सकता है। अंत में, आणविक बातचीत प्रदर्शित करने के लिए कार्यक्रम का उपयोग करने से उपयोगकर्ता को बाध्यकारी को बढ़ावा देने वाले आणविक इंटरैक्शन को समझने के लिए आवश्यक कौशल विकसित करने की अनुमति मिलती है।

कंप्यूटर आधारित आणविक मॉडलिंग प्रोटोकॉल की एक सीमा विशिष्ट आदेशों और वाक्य रचना पर निर्भरता है। जबकि जैव रासायनिक प्रोटोकॉल प्रक्रिया में छोटे परिवर्तनों के सहिष्णु हो सकते हैं, कंप्यूटर आधारित जांच बेतहाशा अलग अंतिम उत्पादों उपज अगर प्रक्रिया का बारीकी से पालन नहीं किया जाता है हो सकता है । कमांड-लाइन इंटरफेस का उपयोग करते समय यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां एक निश्चित आउटपुट प्राप्त करने के लिए कार्यक्रम-विशिष्ट वाक्य विन्यास की आवश्यकता होती है, और विराम चिह्न या पूंजीकरण में एक प्रतीत होता है महत्वहीन परिवर्तन एक आदेश को विफल कर सकता है। प्रत्येक कार्यक्रम के लिए विभिन्न विकी और मैनुअल हैं, जहां एक उपयोगकर्ता कमांड-लाइन इनपुट पा सकता है और परेशान कर सकता है; उपयोगकर्ता को कमांड सिंटेक्स के विवरण पर सावधानीपूर्वक ध्यान देना चाहिए। यद्यपि अधिकांश आणविक दृश्य कार्यक्रमों में पूर्ववत आदेश शामिल हैं, इंटरफेस की जटिलता के कारण, पूर्ववत आदेश हमेशा ईमानदारी से अंतिम निष्पादित चरण को रिवर्स नहीं करता है। इसलिए, वर्तमान कामकाजी स्थिति को सहेजना अक्सर प्रोत्साहित किया जाता है, विशेष रूप से नए उपयोगकर्ताओं के लिए।

मॉडल बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले डेटा से आगे की सीमाएं उत्पन्न हो सकती हैं। जबकि प्रोटीन डेटा बैंक में निहित मानकों स्थिरता का एक निश्चित स्तर सुनिश्चित करते हैं, आणविक दृश्य कार्यक्रमों के उपयोगकर्ताओं को अक्सर एक प्रोटीन प्रतिपादन में अप्रत्याशित प्रभाव का सामना करना पड़ेगा । सबसे पहले, अधिकांश संरचनाओं को एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, जो प्रोटीन का एक मॉडल प्रदान करता है; हालांकि, एनएमआर संरचनाएं अक्सर कई मॉडलों से बनी होती हैं जिन्हें एक समय में कल्पना की जा सकती है। दूसरा, क्रिस्टलोग्राफी या क्रायोजेनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी प्रयोगों से निर्धारित संरचनाओं में ऐसे परमाणु हो सकते हैं जिनकी स्थिति स्पष्ट नहीं हो सकती है और प्रोटीन के कुछ अभ्यावेदनों में अंतराल के रूप में दिखाई देती है। प्रोटीन संरचनाओं में साइड चेन की वैकल्पिक संरचनाएं हो सकती हैं, जो छड़ी प्रतिपादन में प्रदर्शित होने पर, एक ही अमीनो एसिड बैकबोन से बाहर निकलते हुए दो समूहों के रूप में दिखाई देती हैं। यहां तक कि रीढ़ के छोटे वर्गों में भी इस तरह के वैकल्पिक संरचनाएं हो सकती हैं, और कभी-कभी एक से अधिक बाध्यकारी संरचना में सक्रिय साइट में लिगांड को आरोपित किया जाता है।

एक क्रिस्टल संरचना के लिए, जमा 3 डी निर्देशांक में असममित इकाई के सभी घटक शामिल हैं, जो प्रोटीन क्रिस्टल की दोहराने वाली इकाई को पुन: पेश करने के लिए पर्याप्त जानकारी प्रदान करता है। कभी-कभी, इस संरचना में प्रोटीन के जैविक रूप से सक्रिय रूप (जैसे, भ्रूण हीमोग्लोबिन उत्परिवर्ती, पीडीबी आईडी: 4एमक्यूके) की तुलना में अतिरिक्त प्रोटीन चेन होंगे। इसके विपरीत, कुछ कार्यक्रम जैविक रूप से सक्रिय इकाई की सभी श्रृंखलाओं को स्वचालित रूप से लोड नहीं कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, सार्स-सीओवी 2 मुख्य प्रोटीज (पीडीबी आईडी: 6Y2E) जैविक रूप से सक्रिय डाइमर (दो प्रोटीन चेन से बना) का आधा लोड करता है जब कल्पनाएक्स, पाइमोल और जामोल में इस प्रोटोकॉल में वर्णित आदेशों का उपयोग करके लाया जाता है। हालांकि आदेश का मामूली संशोधन जैविक रूप से सक्रिय डिमर लोड करेगा, लेकिन यह विचार नौसिखिए मॉडलिंग प्रोग्राम उपयोगकर्ता के लिए सीधा नहीं हो सकता है। एक अलग मुद्दा जो उठ सकता है वह सक्रिय साइट की पहचान में है या खुद को सब्सट्रेट कर सकता है। क्रिस्टलीय प्रयोग विभिन्न प्रकार के अणुओं का उपयोग करके किए जाते हैं, जिन्हें अंतिम संरचना में मॉडलिंग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सल्फेट अणु सक्रिय स्थल में फॉस्फेट बाध्यकारी साइटों को बांध सकते हैं, या वे अन्य क्षेत्रों को बांध सकते हैं जो तंत्र के लिए प्रासंगिक नहीं हैं। ये अणु सक्रिय साइट की सही पहचान को अस्पष्ट कर सकते हैं और यहां तक कि छात्र को सुझाव दे सकते हैं कि वे तंत्र का हिस्सा हैं।

संभवतः, उपयोगकर्ता इस प्रक्रिया को अन्य सक्रिय/बाध्यकारी साइटों पर लागू करना चाहता है। नई प्रोटीन सक्रिय साइटों के विश्लेषण से जुड़े भविष्य के काम में इस प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए, उपयोगकर्ता को यह पहचानने की आवश्यकता होगी कि कौन से बाध्य लिगामेंट कार्य करने के लिए प्रासंगिक हैं। कुछ लिगांड प्रोटीन फ़ंक्शन से जुड़े नहीं होते हैं, और इसके बजाय प्रयोग करने के लिए उपयोग की जाने वाली सॉल्वेंट या क्रिस्टलीकरण स्थितियों का परिणाम होता है (उदाहरण के लिए, 3 एफजीयू मॉडल में मौजूद पोटेशियम आयन)। मूल पांडुलिपि से परामर्श करके प्रमुख लिगामेंट्स की पहचान की जानी चाहिए। अभ्यास के साथ और, जहां लागू हो, लाइन कमांड सिंटेक्स की समझ, एक उपयोगकर्ता किसी भी एंजाइम सक्रिय साइट पर वांछित मॉडलिंग कार्यक्रम के लिए प्रोटोकॉल लागू करने में सक्षम होगा, और अपनी पसंद के अन्य मैक्रोमॉलिक्यूल्स को मॉडल करने में सक्षम होगा।

बंधे सब्सट्रेट्स और लिगामेंट्स की पहचान करना और विश्लेषण करना आणविक तंत्र और संरचना आधारित दवा डिजाइन प्रयासों की स्पष्टता के लिए केंद्रीय है, जिसने सीधे रोग के उपचारों में सुधार किया है, जिसमें एक्वायर्ड इम्यूनोडेफिशिएंसी सिंड्रोम (एड्स) और COVID-1947,48,49,50, 51,52 . जबकि व्यक्तिगत आणविक दृश्य कार्यक्रम विभिन्न इंटरफेस और उपयोगकर्ता अनुभव प्रदान करते हैं, अधिकांश तुलनीय विशेषताएं प्रदान करते हैं। बायोमॉलिक्यूलर विज़ुअलाइज़ेशन साक्षरता के विकास के लिए यह महत्वपूर्ण है कि ऊपरी स्तर के जैव रसायन छात्र संरचना दृश्य और ऐसी छवियों को उत्पन्न करने केउपकरणों सेपरिचित हो जाएं 4 ,20,53. यह छात्रों को पाठ्यपुस्तकों और जर्नल लेखों में दो आयामी छवियों की व्याख्या से आगे बढ़ने और संरचनात्मक डेटा54से अपनी परिकल्पनाओं को अधिक आसानी से विकसित करने की अनुमति देता है, जो भविष्य के सार्वजनिक स्वास्थ्य मुद्दों को संबोधित करने और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं की समझ में सुधार करने के लिए विकासशील वैज्ञानिकों को तैयार करेगा।

संक्षेप में, यह प्रोटोकॉल चार प्रमुख मुफ्त मैक्रोमॉलिकुलर मॉडलिंग कार्यक्रमों का उपयोग करके सक्रिय साइट मॉडलिंग का विवरण देता है। हमारा समुदाय, बायोमोलविज, बायोमॉलिक्यूलर मॉडलिंग के लिए एक गैर-सॉफ्टवेयर-विशिष्ट दृष्टिकोण अपनाता है। हमने विशेष रूप से कार्यक्रम सुविधाओं की आलोचना या तुलना से परहेज किया, हालांकि प्रत्येक कार्यक्रम का नमूना लेने वाला उपयोगकर्ता संभवतः यह जान लेगा कि वे एक कार्यक्रम बनाम दूसरे में मैक्रोमॉलिकुलर मॉडलिंग के कुछ पहलुओं को पसंद करते हैं। हम पाठकों को बायोमोलविज फ्रेमवर्क का उपयोग करने के लिए आमंत्रित करते हैं, जो इस प्रोटोकॉल में लक्षित बायोमॉलिक्यूलर विज़ुअलाइज़ेशन-आधारित सीखने के लक्ष्यों और उद्देश्यों का विवरण देता है, और http://biomolviz.org में बायोमोलविज समुदाय वेबसाइट के माध्यम से जैव अणुवृक्ष दृश्यों को पढ़ाने और सीखने के लिए संसाधनों का पता लगाते हैं।

Disclosures

लेखकों की घोषणा है कि वे कोई प्रासंगिक या सामग्री वित्तीय हितों कि इस कागज में वर्णित अनुसंधान से संबंधित है ।

Acknowledgments

इस काम के लिए फंडिंग नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा प्रदान की गई है:

स्नातक स्टेम शिक्षा अनुदान में सुधार (पुरस्कार #1712268)

स्नातक जीव विज्ञान शिक्षा में स्नातक में अनुसंधान समन्वय नेटवर्क (पुरस्कार # 1920270)

हम कर्स्टन थीस, पीएचडी, वेस्टफील्ड विश्वविद्यालय के लिए आभारी हैं, Jmol के बारे में उपयोगी चर्चा के लिए ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ChimeraX (Version 1.2.5) https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/
Computer Any
iCn3D (web-based only: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/icn3d/full.html)
Java (for Jmol) https://java.com/en/download/
Jmol (Version 1.8.0_301) http://jmol.sourceforge.net/
Mouse (optional) Any
PyMOL (Version 2.4.1 - educational): https://pymol.org/2 educational use only version: https://pymol.org/edu/?q=educational

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Loertscher, J., Green, D., Lewis, J. E., Lin, S., Minderhout, V. Identification of threshold concepts for biochemistry. CBE Life Sciences Education. 13 (3), 516-528 (2014).
  2. Jaswal, S. S., O’Hara, P. B., Williamson, P. L., Springer, A. L. Teaching structure: Student use of software tools for understanding macromolecular structure in an undergraduate biochemistry course: Teaching structure in undergraduate biochemistry. Biochemistry and Molecular Biology Education. 41 (5), 351-359 (2013).
  3. Tibell, L. A. E., Rundgren, C. -J. Educational challenges of molecular life science: Characteristics and implications for education and research. CBE Life Sciences Education. 9 (1), 25-33 (2010).
  4. Schönborn, K. J., Anderson, T. R. The importance of visual literacy in the education of biochemists. Biochemistry and Molecular Biology Education. 34 (2), 94-102 (2006).
  5. Anderson, T. R. Bridging the educational research-teaching practice gap: The importance of bridging the gap between science education research and its application in biochemistry teaching and learning: Barriers and strategies. Biochemistry and Molecular Biology Education. 35 (6), 465-470 (2007).
  6. Schönborn, K. J., Anderson, T. R. Bridging the educational research-teaching practice gap: Foundations for assessing and developing biochemistry students’ visual literacy. Biochemistry and Molecular Biology Education. 38 (5), 347-354 (2010).
  7. Bateman, R. C., Craig, P. A. Education corner: A proficiency rubric for biomacromolecular 3D literacy. PDB Newsletter. 45, 5-7 (2010).
  8. Mnguni, L., Schönborn, K., Anderson, T. Assessment of visualization skills in biochemistry students. South African Journal of Science. 112, 1-8 (2016).
  9. Craig, P. A., Michel, L. V., Bateman, R. C. A survey of educational uses of molecular visualization freeware. Biochemistry and Molecular Biology Education. 41 (3), 193-205 (2013).
  10. Loertscher, J., Villafañe, S. M., Lewis, J. E., Minderhout, V. Probing and improving student’s understanding of protein α-Helix structure using targeted assessment and classroom interventions in collaboration with a faculty community of practice. Biochemistry and Molecular Biology Education. 42 (3), 213-223 (2014).
  11. Abualia, M., et al. Connecting protein structure to intermolecular interactions: A computer modeling laboratory. Journal of Chemical Education. 93 (8), 1353-1363 (2016).
  12. Carvalho, I., Borges, A. D. L., Bernardes, L. S. C. Medicinal chemistry and molecular modeling: An integration to teach drug structure–activity relationship and the molecular basis of drug action. Journal of Chemical Education. 82 (4), 588 (2005).
  13. Forbes-Lorman, R. M., et al. Physical models have gender-specific effects on student understanding of protein structure-function relationships. Biochemistry and Molecular Biology Education. 44 (4), 326-335 (2016).
  14. Terrell, C. R., Listenberger, L. L. Using molecular visualization to explore protein structure and function and enhance student facility with computational tools. Biochemistry and Molecular Biology Education. 45 (4), 318-328 (2017).
  15. Zhang, S., et al. Structure-based drug design of an inhibitor of the SARS-CoV-2 (COVID-19) main protease using free software: A tutorial for students and scientists. European Journal of Medicinal Chemistry. 113390, (2021).
  16. Roberts, J. R., Hagedorn, E., Dillenburg, P., Patrick, M., Herman, T. Physical models enhance molecular three-dimensional literacy in an introductory biochemistry course. Biochemistry and Molecular Biology Education. 33 (2), 105-110 (2005).
  17. Jenkinson, J., McGill, G. Visualizing protein interactions and dynamics: Evolving a visual language for molecular animation. CBE Life Sciences Education. 11 (1), 103-110 (2012).
  18. Bussey, T. J., Orgill, M. What do biochemistry students pay attention to in external representations of protein translation? The case of the Shine–Dalgarno sequence. Chemistry Education Research and Practice. 16 (4), 714-730 (2015).
  19. Harle, M., Towns, M. H. Students’ understanding of primary and secondary protein structure: Drawing secondary protein structure reveals student understanding better than simple recognition of structures. Biochemistry and Molecular Biology Education. 41 (6), 369-376 (2013).
  20. Dries, D. R., et al. An expanded framework for biomolecular visualization in the classroom: Learning goals and competencies. Biochemistry and Molecular Biology Education. 45 (1), 69-75 (2017).
  21. The BioMolViz Framework. BioMolViz. , Available from: http://biomolviz.org/framework (2021).
  22. Procko, K., et al. Meeting report: BioMolViz workshops for developing assessments of biomolecular visual literacy. Biochemistry and Molecular Biology Education. 49 (2), 278-286 (2021).
  23. Jmol: an open-source Java viewer for chemical structures. , Available from: http://www.jmol.org/ (2021).
  24. Wang, J., et al. iCn3D, a web-based 3D viewer for sharing 1D/2D/3D representations of biomolecular structures. Bioinformatics. 36 (1), 131-135 (2020).
  25. PyMOL . The PyMOL Molecular Graphics System. Version 2.0. , Schrödinger, LLC. (2021).
  26. Goddard, T. D., et al. UCSF ChimeraX: Meeting modern challenges in visualization and analysis. Protein Science. 27 (1), 14-25 (2018).
  27. Pettersen, E. F., et al. UCSF ChimeraX: Structure visualization for researchers, educators, and developers. Protein Science. 30 (1), 70-82 (2021).
  28. Petit, P., et al. The active conformation of human glucokinase is not altered by allosteric activators. Acta Crystallographica. Section D. 67 (11), 929-935 (2011).
  29. Corey, R. B., Pauling, L. Molecular models of amino acids, peptides and proteins. Review of Scientific Instruments. 24, 621-627 (1953).
  30. Koltun, W. L. Precision space-filling atomic models. Biopolymers. 3 (6), 665-679 (1965).
  31. Hodis, E., et al. Proteopedia - a scientific 'wiki' bridging the rift between three-dimensional structure and function of biomacromolecules. Genome Biology. 9 (8), 1-10 (2008).
  32. Prilusky, J., et al. Proteopedia: A status report on the collaborative, 3D web-encyclopedia of proteins and other biomolecules. Journal of Structural Biology. 175 (2), 244-252 (2011).
  33. Martz, E. FirstGlance in Jmol. , Available from: https://www.bioinformatics.org/firstglance/fgij/ (2021).
  34. Jmol User Design Environment (JUDE). MSOE Centerfor BioMolecular Modeling. , Available from: https://cbm.msoe.edu/modelingResources/jmolUserDesignEnvironment/#forward (2021).
  35. Castro, C. R., et al. A practical guide to teaching with Proteopedia. Biochemistry and Molecular Biology Education. 49 (5), 707-719 (2021).
  36. Berman, H. M., et al. The protein data bank. Nucleic Acids Research. 28, 235-242 (2000).
  37. The Protein Data Bank. , Available from: https://www.rcsb.org/ (2021).
  38. Wang, Y., et al. MMDB: 3D structure data in Entrez. Nucleic Acids Research. 28 (1), 243-245 (2000).
  39. iCn3D Help Page. , Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/icn3d/docs/icn3d_help.html (2021).
  40. MSOE Center for BioMolecular Modeling Jmol Training Guide. , Available from: https://cbm.msoe.edu/modelingResources/jmolTrainingGuide/started.html (2021).
  41. The Online Macromolecular Museum. , Available from: http://earth.callutheran.edu/Academic_Programs/Departments/BioDev/omm/exhibits.htm (2021).
  42. Jmol/JSmol Interactive Scripting Documentation. , Available from: https://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/ (2021).
  43. PyMOL Wiki. , Available from: https://pymolwiki.org/index.php/Main_Page (2021).
  44. PyMOL Advanced Scripting Workshop by Schrödinger. , Available from: https://pymol.org/tutorials/scripting/index.html (2021).
  45. UCSF ChimeraX User Guide. , Available from: https://www.cgl.ucsf.edu/chimerax/docs/user/index.html (2021).
  46. UCSF ChimeraX Tutorials. , Available from: https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/tutorials.html (2021).
  47. Kuntz, I. D. Structure-based strategies for drug design and discovery. Science. 257 (5073), 1078-1082 (1992).
  48. Structure-based drug discovery: an overview. Hubbard, R. E. , (2006).
  49. Patrick, G. L. An introduction to medicinal chemistry, 6th ed. , Oxford University Press. (2017).
  50. Van Montfort, R. L., Workman, P. Structure-based drug design: aiming for a perfect fit. Essays in Biochemistry. 61 (5), 431-437 (2017).
  51. Holdgate, G. A., Meek, T. D., Grimley, R. L. Mechanistic enzymology in drug discovery: a fresh perspective. Nature Reviews. Drug Discovery. 17 (2), 115-132 (2018).
  52. Wang, M. Y., et al. SARS-CoV-2: structure, biology, and structure-based therapeutics development. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 10, (2020).
  53. White, B., Kim, S., Sherman, K., Weber, N. Evaluation of molecular visualization software for teaching protein structure differing outcomes from lecture and lab: Differing outcomes from lecture and lab. Biochemistry and Molecular Biology Education. 30 (2), 130-136 (2002).
  54. Canning, D. R., Cox, J. R. Teaching the structural nature of biological molecules: Molecular visualization in the classroom and in the hands of students. Chemistry Education Research and Practice. 2 (2), 109-122 (2001).

Tags

बायोकेमिस्ट्री अंक 178
आणविक दृश्य फ्रीवेयर का उपयोग करके एंजाइम सक्रिय साइट का मॉडलिंग करना
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Procko, K., Bakheet, S., Beckham, J. … More

Procko, K., Bakheet, S., Beckham, J. T., Franzen, M. A., Jakubowski, H., Novak, W. R. P. Modeling an Enzyme Active Site using Molecular Visualization Freeware. J. Vis. Exp. (178), e63170, doi:10.3791/63170 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter