今天仍然是分子動力學相關內容假如我MD模擬了一個酶做了不同溶液條件下的模擬或互調控蛋白的結合模擬如果我想知道其催化口袋受不同因素影響的開放程度應該怎樣做那么這就需要用到CAVER軟件。應用實例大家請看這篇文獻《A contribution to lipid digestion of Odobenidae family: Computational analysis of gastric and pancreatic lipases from walrus》海象是保護動物作者為研究海象脂肪代謝相關的酶利用已知物種的脂肪酶做了進化分析并進行了同源建模再利用MD做了穩定性分析并使用CAVER探究了不同鹽濃度下酶催化口袋的開放程度。一、準備輸入文件在tunnel計算中我們希望結果能體現口袋的動態開閉過程因此顯然我們不能拿單個pdb進行計算這里教給大家抽幀生成pdb的指令500ps一幀因此0-100ns共201個pdb模型共同輸出到一個caver_input.pdb中# 在GROMACS工作環境下輸入 gmx trjconv -s md.tpr -f md_final.xtc -o caver_input.pdb -dt 500 -pbc mol -center -n index.ndx加index是為了僅保留目標蛋白的主體部分請按蛋白質序列實際情況自行編寫index文件詳情可參考我的《在云服務器AutoDL實現分子動力學全流程》文章二、下載CAVER及相關準備工作1.下載CAVER自行搜索CAVER Analyst進入官網 -- 上方點擊download -- 彈出的界面下載第一個All platforms即可全部解壓到你的文件夾最好不用C盤2.準備javaCAVER是一個基于java的語言需要java 1.8以上。# adoptium是下載java依賴很好的途徑 # https://adoptium.net/zh-CN/temurin/releases/ # 選擇8 -LTS或者11 - LTS # 選擇jdk # 點擊下載獲得的msi程序 # msi程序不像exe程序使用管理員權限安裝會很復雜可以直接下在C盤用戶AppData文件夾這是個隱藏文件夾請記一下下載路徑 # 打開windows搜索環境變量新建path粘貼下載java的路徑可以把這個java拖拽到第一條 # 做生信的人大概率是沒有裝java的但是也請注意區分之前安裝的版本和x86的java另外我們找到下載CAVER的文件夾找到 etc -- caver_analyst.conf 找到#jdkhome/path/to/jdk這一行jdkhomeC:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk8u412-b08根據你的實際下載路徑去掉前面的“#”然后改成實際路徑。3.打開CAVER的方式及memory設置找到你的caver_analyst2 -- bin -- 點擊 x64.exe 文件即可也可以為其創建快捷方式添加到桌面初始memory大概是1000MB會彈出形如這樣的彈窗點yes因為1000MB對100-200ns的MD軌跡太少了如果您的電腦是16GB的可以設置4000-6000MB32GB則可以設置8000MB。三、文件導入及計算tunnel操作先在下載caver_analyst2的dir里創建一個caver_work文件夾把caver_input.pdb放進去為了保存workspace的時候可以找到原始pdb找到下載的 caver_analyst2 -- bin -- caver_analyst64.exe直接右鍵運行或者創建快捷方式。在軟件內點擊 file -- Open Molecular Dynamics -- PDB --add file選擇自己的文件在下方選項欄structure dynamics里面可以拖動滑條看各幀構象如果不喜歡默認顯示模式可以在上方工具欄按我的設置展示cartoon模式在下方選項欄Sturctur Squence通過點擊選擇待計算的res盡量根據先驗選擇4-5個res之后點擊上方工具欄Tunnel -- surrounding -- from selection -- 輸入你的選擇 -- output directory改成你的caver_work地址 -- Compute Tunnels等待即可當出現“是否計算surrounding”的提示時點擊“yes”出現結果后先 File -- Save Workspace 保存操作存檔勾選包含input pdb的選項此后該次計算cws文件可直接通過CAVER軟件打開。下方選項欄Tunnel Statistic會有兩個子選項SET #1和SET #1 bottlenecksSET #1會給出summary信息Max_BR、Avg_L、Throughput是主要評估標準點擊其中一個cluster會出現該聚類tunnel出現的pdb位置一般我們會鎖定BR最大的分析再次點擊某個tunnel則會出現各部位通道尺寸數據由于工具采用微分思想用小球模擬tunnel形狀這里的radius與summary中的BR有微小差異SET #1 bottlenecks會按1-201的順序逐幀展示每個pdb中出現的tunnel后面的信息則是起主要貢獻的res所有以上信息會被輸出到預定文件夾里的各個.csv文件中各位可自行查看另外右側的Structures Overview可點擊條各cluster后面的條形圖符號進入Tunnel Graph工具該工具可展示tunnel各部位radius變化的趨勢。四、ChimeraX及pymol的可視化操作1.存儲通道的方式上方工具欄應該是沒有存儲通道的方式的我看Guide文件也沒有找到可以點擊右邊欄目你想下載的tunnel右鍵會有下載選項存成pdb。輸出的文件夾會存儲各幀的obj文件但chimerax無法識別這個格式因為我使用的是可視化CAVER版本沒有直接構建與pymol的管道如果您有什么更便捷的方法也可以分享給我。2.可視化方法ChimeraX打開你的caver_input.pdb會有1.1-1.201等很多子模型選擇你要的那幀命令選擇或手動點擊選擇按鈕在下方命令欄輸入delete ~sel之后保存成新文件即可另一個窗口打開tunnel的pdb文件會發現該文件保存了該cluster所有的組如果使用split命令可以拆分但這樣很可能無法知道目的tunnel是哪一根所以我的建議是用任意文本編輯器打開pdb文件照著set #1里面details的各部位的radius找到目的tunnel然后把其他的手動刪了。給大家貼一段pdb文件內容簡單來說pdb文件其實只是用一種特定的格式記錄了原子的類型、殘基位數、三維坐標等HEADER TUNNEL COMPND caver_input EREST VAL EREST SER EREST HID EREST ILE EREST HIE EREST LYS EREST GLN EREST PHE EREST PRO EREST TYR EREST HIP EREST GLU EREST HIS EREST TRP EREST GLY EREST 20_AA EREST ALA EREST ARG EREST CYS EREST ASN EREST LEU EREST MET EREST ASP EREST THR ATOM 1 H FIL T 496 99.152 95.849 30.985 1.15 ATOM 2 H FIL T 496 99.249 95.713 30.514 1.37 CONECT 1 2 ATOM 3 H FIL T 496 99.018 95.610 30.138 1.57 CONECT 2 3 ATOM 4 H FIL T 496 98.646 95.746 29.981 1.70 CONECT 3 4 ATOM 5 H FIL T 496 98.479 95.948 29.555 1.56 CONECT 4 5 ATOM 6 H FIL T 496 98.312 96.149 29.128 1.51 CONECT 5 6前面的EREST是指這些tunnel線不是真實的殘基如果我們想看到tunnel各部位radius的大小那么首先選定tunnel然后 點擊Tools -- General -- Shell在Shell里輸入如下命令注意不是命令行這步的原理是bfactor一般被記成溫度是非必須的列因此約定俗成的tunnel一般在這一列寫入radius參數將這個參數賦值給sphere球體大小的參數即可from chimerax.atomic import selected_atoms for a in selected_atoms(session): a.radius a.bfactor再在style里改成sphere即可然后可以把結構與tunnel一起存成新pdbcombine #1,#2 name #33.Align攜帶HETATM原子的pdb模型的方法大家用過ChimeraX的一定知道Matchmaker工具可以直接把模型擬合到一起但如果其中帶了非殘基原子就無法被選中作為模板就算實現了也會有個問題——那個tunnel不會跟著移動chimerax有如下命令但我試了所有參數無法實現需求大家可以試一下在Shell中以屏幕面為坐標系整體移動的方式align #2 CA toAtoms #1 CA move nothing reporMatrix true那么可以用pymol實現旋轉再用ChimeraX渲染這個軟件最大的優勢在于美觀load tunnel_merged_1.pdb, 1 load tunnel_merged_2.pdb, 2 super 1 and name ca, 2 and name ca貼一張我做的蛋白的圖融合了兩條相近的tunnel注如果出現了merge后的pdb在pymol中不顯示但chimerax里顯示的問題可能是pdb編碼格式被tunnel的寫法擾亂了重新保存新的tunnel再合并一下 CAVER安裝及tunnel通道計算方法
今天仍然是分子動力學相關內容假如我MD模擬了一個酶做了不同溶液條件下的模擬或互調控蛋白的結合模擬如果我想知道其催化口袋受不同因素影響的開放程度應該怎樣做那么這就需要用到CAVER軟件。應用實例大家請看這篇文獻《A contribution to lipid digestion of Odobenidae family: Computational analysis of gastric and pancreatic lipases from walrus》海象是保護動物作者為研究海象脂肪代謝相關的酶利用已知物種的脂肪酶做了進化分析并進行了同源建模再利用MD做了穩定性分析并使用CAVER探究了不同鹽濃度下酶催化口袋的開放程度。一、準備輸入文件在tunnel計算中我們希望結果能體現口袋的動態開閉過程因此顯然我們不能拿單個pdb進行計算這里教給大家抽幀生成pdb的指令500ps一幀因此0-100ns共201個pdb模型共同輸出到一個caver_input.pdb中# 在GROMACS工作環境下輸入 gmx trjconv -s md.tpr -f md_final.xtc -o caver_input.pdb -dt 500 -pbc mol -center -n index.ndx加index是為了僅保留目標蛋白的主體部分請按蛋白質序列實際情況自行編寫index文件詳情可參考我的《在云服務器AutoDL實現分子動力學全流程》文章二、下載CAVER及相關準備工作1.下載CAVER自行搜索CAVER Analyst進入官網 -- 上方點擊download -- 彈出的界面下載第一個All platforms即可全部解壓到你的文件夾最好不用C盤2.準備javaCAVER是一個基于java的語言需要java 1.8以上。# adoptium是下載java依賴很好的途徑 # https://adoptium.net/zh-CN/temurin/releases/ # 選擇8 -LTS或者11 - LTS # 選擇jdk # 點擊下載獲得的msi程序 # msi程序不像exe程序使用管理員權限安裝會很復雜可以直接下在C盤用戶AppData文件夾這是個隱藏文件夾請記一下下載路徑 # 打開windows搜索環境變量新建path粘貼下載java的路徑可以把這個java拖拽到第一條 # 做生信的人大概率是沒有裝java的但是也請注意區分之前安裝的版本和x86的java另外我們找到下載CAVER的文件夾找到 etc -- caver_analyst.conf 找到#jdkhome/path/to/jdk這一行jdkhomeC:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk8u412-b08根據你的實際下載路徑去掉前面的“#”然后改成實際路徑。3.打開CAVER的方式及memory設置找到你的caver_analyst2 -- bin -- 點擊 x64.exe 文件即可也可以為其創建快捷方式添加到桌面初始memory大概是1000MB會彈出形如這樣的彈窗點yes因為1000MB對100-200ns的MD軌跡太少了如果您的電腦是16GB的可以設置4000-6000MB32GB則可以設置8000MB。三、文件導入及計算tunnel操作先在下載caver_analyst2的dir里創建一個caver_work文件夾把caver_input.pdb放進去為了保存workspace的時候可以找到原始pdb找到下載的 caver_analyst2 -- bin -- caver_analyst64.exe直接右鍵運行或者創建快捷方式。在軟件內點擊 file -- Open Molecular Dynamics -- PDB --add file選擇自己的文件在下方選項欄structure dynamics里面可以拖動滑條看各幀構象如果不喜歡默認顯示模式可以在上方工具欄按我的設置展示cartoon模式在下方選項欄Sturctur Squence通過點擊選擇待計算的res盡量根據先驗選擇4-5個res之后點擊上方工具欄Tunnel -- surrounding -- from selection -- 輸入你的選擇 -- output directory改成你的caver_work地址 -- Compute Tunnels等待即可當出現“是否計算surrounding”的提示時點擊“yes”出現結果后先 File -- Save Workspace 保存操作存檔勾選包含input pdb的選項此后該次計算cws文件可直接通過CAVER軟件打開。下方選項欄Tunnel Statistic會有兩個子選項SET #1和SET #1 bottlenecksSET #1會給出summary信息Max_BR、Avg_L、Throughput是主要評估標準點擊其中一個cluster會出現該聚類tunnel出現的pdb位置一般我們會鎖定BR最大的分析再次點擊某個tunnel則會出現各部位通道尺寸數據由于工具采用微分思想用小球模擬tunnel形狀這里的radius與summary中的BR有微小差異SET #1 bottlenecks會按1-201的順序逐幀展示每個pdb中出現的tunnel后面的信息則是起主要貢獻的res所有以上信息會被輸出到預定文件夾里的各個.csv文件中各位可自行查看另外右側的Structures Overview可點擊條各cluster后面的條形圖符號進入Tunnel Graph工具該工具可展示tunnel各部位radius變化的趨勢。四、ChimeraX及pymol的可視化操作1.存儲通道的方式上方工具欄應該是沒有存儲通道的方式的我看Guide文件也沒有找到可以點擊右邊欄目你想下載的tunnel右鍵會有下載選項存成pdb。輸出的文件夾會存儲各幀的obj文件但chimerax無法識別這個格式因為我使用的是可視化CAVER版本沒有直接構建與pymol的管道如果您有什么更便捷的方法也可以分享給我。2.可視化方法ChimeraX打開你的caver_input.pdb會有1.1-1.201等很多子模型選擇你要的那幀命令選擇或手動點擊選擇按鈕在下方命令欄輸入delete ~sel之后保存成新文件即可另一個窗口打開tunnel的pdb文件會發現該文件保存了該cluster所有的組如果使用split命令可以拆分但這樣很可能無法知道目的tunnel是哪一根所以我的建議是用任意文本編輯器打開pdb文件照著set #1里面details的各部位的radius找到目的tunnel然后把其他的手動刪了。給大家貼一段pdb文件內容簡單來說pdb文件其實只是用一種特定的格式記錄了原子的類型、殘基位數、三維坐標等HEADER TUNNEL COMPND caver_input EREST VAL EREST SER EREST HID EREST ILE EREST HIE EREST LYS EREST GLN EREST PHE EREST PRO EREST TYR EREST HIP EREST GLU EREST HIS EREST TRP EREST GLY EREST 20_AA EREST ALA EREST ARG EREST CYS EREST ASN EREST LEU EREST MET EREST ASP EREST THR ATOM 1 H FIL T 496 99.152 95.849 30.985 1.15 ATOM 2 H FIL T 496 99.249 95.713 30.514 1.37 CONECT 1 2 ATOM 3 H FIL T 496 99.018 95.610 30.138 1.57 CONECT 2 3 ATOM 4 H FIL T 496 98.646 95.746 29.981 1.70 CONECT 3 4 ATOM 5 H FIL T 496 98.479 95.948 29.555 1.56 CONECT 4 5 ATOM 6 H FIL T 496 98.312 96.149 29.128 1.51 CONECT 5 6前面的EREST是指這些tunnel線不是真實的殘基如果我們想看到tunnel各部位radius的大小那么首先選定tunnel然后 點擊Tools -- General -- Shell在Shell里輸入如下命令注意不是命令行這步的原理是bfactor一般被記成溫度是非必須的列因此約定俗成的tunnel一般在這一列寫入radius參數將這個參數賦值給sphere球體大小的參數即可from chimerax.atomic import selected_atoms for a in selected_atoms(session): a.radius a.bfactor再在style里改成sphere即可然后可以把結構與tunnel一起存成新pdbcombine #1,#2 name #33.Align攜帶HETATM原子的pdb模型的方法大家用過ChimeraX的一定知道Matchmaker工具可以直接把模型擬合到一起但如果其中帶了非殘基原子就無法被選中作為模板就算實現了也會有個問題——那個tunnel不會跟著移動chimerax有如下命令但我試了所有參數無法實現需求大家可以試一下在Shell中以屏幕面為坐標系整體移動的方式align #2 CA toAtoms #1 CA move nothing reporMatrix true那么可以用pymol實現旋轉再用ChimeraX渲染這個軟件最大的優勢在于美觀load tunnel_merged_1.pdb, 1 load tunnel_merged_2.pdb, 2 super 1 and name ca, 2 and name ca貼一張我做的蛋白的圖融合了兩條相近的tunnel注如果出現了merge后的pdb在pymol中不顯示但chimerax里顯示的問題可能是pdb編碼格式被tunnel的寫法擾亂了重新保存新的tunnel再合并一下