mm_2024

Workshop: Analyzing 3D PDB structures.

Description

Part 1.

• Complex analysis of PDB structures
• Duration: 90 minutes
• Objectives: be able to
  • use Pymol and UCSF Chimera programs for analysis
  • do analysis in Python using MDanalysis and Prody libraries
  • select, extract and analyze atom coordinates and dihedral angles.
  • add hydrogens to the structure

### Part 2.

• identify protonation states
• assign charges to the atoms
• identify hydrogen bonds
• compute and analyze electrostatic surface
• build contact maps
• identify domains
• find homologous structures
• make structural alignment, compute RMSD
• generate sequence alignment from structural alignment
• identify residue conservation
• analyze dynamics using elastic networks models

Jupyter notebook

• 3Dstruct_analysis.ipynb

  Required software and resources

• Pymol, installation instructions
• UCSF Chimera (optional)
• VMD installation link
• Access to a Jupyter notebook evironment with Python 3
• 3-button mouse

List of Conda packages:

• MDanalysis
• nglview
• prody
• propka or use https://www.ddl.unimi.it/vegaol/propka.htm
• pdb2pqr or use https://server.poissonboltzmann.org/pdb2pqr

Channels list (if you use Anaconda Navigator):

• conda-forge
• schrodinger

Learning resources

• MDanalysis tutorial https://www.mdanalysis.org/MDAnalysisTutorial/
• Prody tutorial http://prody.csb.pitt.edu/tutorials/prody_tutorial/
• APBS documentation https://apbs.readthedocs.io/en/latest/

Assignments

Семинар 3.1.

1. Загрузите структуру PDB ID 6T78 и посмотрите на струтуктуру с помощью nglview.
2. С поомщью MDAnalysis опишите какие есть сегменты в структуре, сколько аминокислотных остатков или пар нуклеотидов в каждом из сегментов.
3. Отрисуйте структуру таким образом, чтобы были видны атомы и связи (например, licorice representation).
4. Добавьте водороды в структуру. Отрисуйте новую структуру так, чтобы были видны водороды.
5. Расчитайте длину ДНК. Для эттого для крайних пар нуклеотидов ДНК (внимательно смотрите на нумерацию остатков) найдите координаты центров масс и рассчитайте длину вектора между центрами масс. Ответ принимается с единицами измерения! (см. документацию MDAnalysis)
6. (сложное) Удлините фрагмент ДНК. Для этого
   • создайте новый объект universe - u2, в котором выберите только ДНК
   • С помощью функции alignto сделайте выравнивание нижнего края ДНК нового universe объекта (u2) с верхним краем ДНК старого universe объекта (u1),
   • сделайте Merge (u1.atoms, u2.select_atoms(ВЫБОРКА ДНК).atoms)
   • запишите результат функции Merge в новый PDB файл с помощью функции write.

Семинар 3.2. Выберите одноцепочечную белковую структуру на ваше усмотрение.

Для неё:

1. Постройте карту Рамачандрана
2. Постройте карту контактов остатков белка
3. Определите состояния протонирования ионизируемых остатков (сравните модельную и реальную pKa)
4. Визуализируйте электростатический потенциал на поверхности с помощью PDB2PQR и APBS
5. Найдите структуру, родственную Вашей (можно найти в базах SCOPe, PFAM и т.п.)

Для двух гомологичных структур:

1. Сделайте структурное выравнивание, определите RMSD
2. Сделайте выравнивание последовательностей
3. Покрасьте выровненные структуры по консервативности

Troubleshooting

• Consult with the seminar protocol/recording
• Try to Google, and see Pymol Wiki
• Ask questions in TG