Argomenti Trattati:

[1] Concetti Introduttivi
[2] RASMOL - guida all'uso

VISUALIZZAZIONE MOLECOLARE 3D CON RASMOL - Parte 2
Autore: Pietro BUFFA

RASMOL : GUIDA ALL'USO

Avviando RasMol otteniamo l'apertura di due finestre:

Finestra di visualizzazione (Sfondo nero ed alcuni menù posti in alto contenenti le principali funzioni)

Finestra di immissione comandi (Dove è possibile digitare testo)

Mediante la finestra di visualizzazione è possibile gestire, attraverso l'utilizzo del mouse e degli appositi menù posti in alto, alcune analisi basilari sulla molecola. Ma se vogliamo veramente utilizzare le potenzialità che RasMol ci mette a disposizione, dobbiamo imparare a comunicare con il programma attraverso l'apposita finestra di immissione comandi. Soltanto imparando alcuni semplici comandi sarà possibile effettuare delle analisi molto più raffinate sulla molecola. Il visualizzatore RasMol, una volta caricato il file, non soltanto riuscirà ad interpretare le coordinate atomiche contenute, renderizzando a video la molecola in 3D, ma riuscirà a rendere visibili tutta una serie di informazioni strutturali collegate alla proteina e contenute all'interno del medesimo file.

COMANDI GENERALI

Cominciamo con il caricare la molecola precedentemente scaricata [121P.pdb] a video. Possiamo utilizzare l'apposito menù nella finestra di visualizzazione, oppure possiamo digitare l'apposito comando, nella finestra di immissione comandi:

> load pdb file.pdb

Analiziamo questa sintassi: Il simbolo ">" rappresenta il prompt dei comandi, ossia quella riga che dice all'utente che RasMol è pronto ad accettare un apposito comando (questo simbolo non va quindi digitato), [load] è il comando che dice a RasMol di caricare un file, [pdb] è il formato del file, [file.pdb] è il nostro file di coordinate atomiche (ovviamente è necessario digitare il percorso dove il file è riposto). Una volta caricata la molecola, RasMol darà una visione 3D, nella finestra di visualizzazione e fornirà tutta una serie di informazioni strutturali, nella finestra di immissione comandi.

Finestra di visualizzazione

Finestra di immissione comandi


> exit (Uscita dal programma)

> zap (Cancella la molecola visualizzata senza però uscire dal programma)

> reset (Resetta tutte le modifiche apportate fino a quel momento)

> show sequence (Mostra la sequenza aminoacidica della proteina)

> show information (Informazioni sulla molecola)

> show symmetry

> structure (Informazioni strutturali: Numero di legami H, di α-helics, di β-strands e di turns)

> rotate [asse] [valore] (Ruota la molecola) Es: > rotate z 90, > rotate y 40, > rotate x 25

> zoom [valore] (Ingrandisce o rimpicciolisce le dimensioni della molecola)

> label [stringa] (Senza "stringa" visualizza le etichette per la regione selezionata)

VISUALIZZAZIONE

> wireframe (Visualizza la regione selezionata con semplici linee)

> backbone (Visualizza lo scheletro della molecola)

> backbone 0.5 (Visualizza lo scheletro della molecola e lo ingrandisce secondo il valore dato)

> sticks (Visualizza la regione selezionata a bastoncini)

> spacefill (Visualizza la regione selezionata mostrando l'ingombro di ogni atomo)

> ribbons (Visualizza la regione selezionata mostrando le strutture secondarie a nastro)

> strands (Visualizza la regione selezionata mostrando le strutture secondarie a nastro trasparenti)

> cartoons (Visualizza la regione selezionata mostrando le strutture secondarie a nastro solide)

> dots (Visualizza la nube elettronica intorno ad ogni atomo)

> ssbonds (Visualizza la presenza di eventuali ponti disolfuro)

> hbonds (Visualizza i legami H)

SEZIONARE LA MOLECOLA

A volte, per ottenere una migliore visione, è necessario effettuare una sezione della molecola, slab è il comando da utilizzare, molto utile quando abbiamo la molecola in visualizzazione "spacefill".

> slab [valore] (Seziona la molecola per mostrarne l'interno)

> slab off (Termina il comando slab)

FUNZIONI DI SELEZIONE E RESTRIZIONE

> select [espressione] (Seleziona ciò che si comanda)

> restrict [espressione] (Restringe la visualizzazione soltanto a ciò che si comanda)

COLORE

> color [oggetto] [colore]

Oggetto: atoms - bonds - backbone - ribbons - labels - hbonds - ssbonds - dots - axes

Colori supportati: blue - black - cyan - green - greenblue - yellow

Colori supportati: orange - purple - red - violet - white - magenta

Colori predefiniti: cpk - amino - shapely - group - chain - structure - temperature - charge - user

Selezioniamo gli eventuali ETEROATOMI presenti. Definiamo eteroatomi tutti quegli atomi che non fanno parte della proteina ma che possono essere stati inclusi al momento della cristallizzazione (H2O, Gruppi prostetici di varia natura chimica, ioni, etc). Eseguiamo i seguenti comandi sulla nostra proteina RAS:

> select protein (Ordiniamo al programma di selezionare tutto ciò che è proteina)

> cartoons (Evidenziamo le strutture secondarie mediante una visualizzazione a cartoons)

> select hetero (Ordiniamo al programma di selezionare tutto ciò che non è proteina)

> spacefill (Evidenziamo tutti gli eteroatomi mediante una visualizzazione a spazio pieno)

> color cpk (Li coloriamo)

> restrict not water (Eliminiamo dalla visualizzazione soltanto le molecole d'acqua)

Ci accorgiamo della presenza di due differenti molecole, estranee alla proteina. Cliccandoci sopra con il puntatore del mouse, otteniamo una informazione circa la loro natura nella finestra di immissione comandi. Osserviamo quindi una molecola di GTP ed uno ione Mg.

> select GTO

Lo stesso si poteva ottenere utilizzando il seguente comando: > select ligand

> color yellow

> select mg

> color red

La visione finale della molecola dovrebbe risultare simile a quella riportata dalle due figure in basso.

SITI IDROFOBICI DELLA PROTEINA

Molte volte abbiamo la necessità di studiare la disposizione 3D dei residui idrofobici della molecola e capita spesso di andare a vedere se in una proteina esistono delle cosidette "tasche idrofobiche". Queste aree sono solitamente regioni di interazione tra la proteina ed altre molecole organiche. Ricarichiamo la nostra proteina RAS ed eseguiamo i seguenti comandi:

> select protein

> spacefill

> color white

> select GTO

> sticks

> select hydrophobic (Selezione automatica dei residui idrofobici)

> select ala, val, phe, ile, leu, pro, met, Trp (Selezione manuale dei residui idrofobici)

> color orange

> slab 50 (Seziona la molecola per far notare la disposizione dei residui idrofobici alll'interno)

L'ultima immagine in basso a destra è stata invece ottenuta con il programma GRASP e rappresenta la superficie accessibile al solvente della proteina RAS. Questo tipo di analisi può essere molto utile per caratterizzare la regione di interazione tra proteina ed altre molecole. E' infatti molto evidente la tasca dove si colloca il GTP (evidenziato in giallo), nella porzione superiore dell'immagine. A causa della notevole complessità di calcolo, per ottenere questo tipo di visualizzazione occorre spesso utilizzare software specifico che implementi algoritmi appositamente studiati.

TERMINOLOGIA PREDEFINITA

Come si è visto in vari esempi, è possibile selezionare e lavorare su alcuni particolari elementi della molecola semplicemente utilizzando la corretta terminologia.

acidic - acyclic - aliphatic - alpha - amino - aromatic - backbone - basic - bonded - buried - charged - cyclic - cystine - helix - hetero - ions - water - small - hydrogen - hydrophobic - large - ligand - medium - neutral -polar - nucleic - protein - purine - pyrimidine - selected - sheet - sidechain - solvent - turn - surface

ELEMENTI DI STRUTTURA SECONDARIA

Ricarichiamo la nostra proteina RAS ed eseguiamo i seguenti comandi:

> select protein

> structure (Informazioni strutturali: Numero di legami H, di α-helics, di β-strands e di turns)

> select helices

> cartoons

> restrict helices (Restringo la visione alle sole eliche)

LE DISTANZE TRA GLI ATOMI

Ricarichiamo la nostra proteina RAS ed eseguiamo i seguenti comandi:

> select protein

> sticks

> set picking distance (Adesso si può cliccare sul video e conoscere la distanza tra 2 atomi)

> set picking monitor (Scrive le distanze sul monitor)

> set picking yellow (Cambia il colore degli assi indicatori delle distanze)

> monitor off (Elimina le distanze dal video)

> set picking ident (Ristabisce la normale funzione del puntatore)

REGIONI DI CONTATTO

Ricarichiamo la nostra proteina RAS ed eseguiamo i seguenti comandi:

> select protein

> color green

> backbone

> select ligand

> color white

> spacefill

> center selected (Centra l'area selezionata)

> select within(3.1,ligand) and not ligand (Voglio vedere ciò che sta a 3.1 angstrom dal ligando, che non sia il ligando stesso)

> color yellow

> spacefill 0.6

> dots

> select within(3.1,protein) and ligand (Voglio vedere ciò che sta a 3.1 angstrom dalla proteina)

> color red

SELEZIONARE LE SINGOLE CATENE DI UNA MOLECOLA COMPLESSA

> select protein

> backbone 0.5

> color chain (Evidenzia le catene presenti utilizzando colori differenti)

> restrict :b or :d (Nel caso volessi studiare due delle catene)

SELEZIONARE SINGOLI RESIDUI AMINOACIDICI

> select :a (Seleziono tutti gli atomi della catena A)

> color blue

> select lys:a (Seleziono tutti i residui di lisina della catena A)

> color white

> select 45:a (Seleziono il 45° residuo della catena A)

> color yellow

> select 30-50:a (Seleziono i residui dal 30° al 50° della catena A)

> color orange

SELEZIONARE SINGOLI ATOMI

> set picking label (Adesso posso cliccare su di un atomo e vedere apparire la sua edichetta)

> color labels white

> labels off

> set picking ident (Adesso posso cliccare su di un atomo e leggere le vatie informazioni nella finestra di immissione comandi: Tipo di atomo, il suo numero ID, Aminoacido di appartenenza)

> select atomno=340

> color green

> label "atomo favorito"

> label %n%r (%a nome atomo, %n nome residuo, %r numero residuo, %c identificatore catena, %i numero seriale atomico, %e simbolo dell'elemento atomico)

> label

EVIDENZIARE I LEGAMI S-S

> select protein

> wireframe

> ssbonds 0.8

> color ssbonds yellow

EVIDENZIARE I LEGAMI H

> select all

> backbone

> restrict protein

> hbonds 0

> color hbonds white

> set hbonds backbone

> hbonds off

RENDERING E SALVATAGGIO DELLE IMMAGINI

RasMol è in grado, una volta finito il lavoro di analisi, di creare alcuni effetti grafici che rendono più gradevole l'immagine della molecola per un eventuale utilizzo della stessa a scopo editoriale.

> background [colore] (Modifica il colore dello sfondo)

> set ambient [valore] (Esalta l'impatto 3D - valori tra 10 e 20)

> set shadows [boolean] (Abilita / Disabilita le ombre)

> set specpower [valore]

SALVARE IL LAVORO FATTO

Per salvare il lavoro fatto su di una molecola bisogna creare uno script che, altro non è, che il file che contiene tutti i comandi eseguiti sulla molecola.

> save script nomefile.spt

> zap

Per ricaricare il file basterà digitare quanto segue.

> script nomefile.spt

I COMANDI SEMPRE A PORTATA DI MANO

Abbiamo così concluso il nostro breve viaggio nell'affascinante mondo del molecular 3D. RasMol è certamente un ottimo punto di partenza per fare pratica con questa tipologia di analisi ed una volta acquisite le dovute conoscenze, scoprirete come può essere semplice creare appositi script in grado di effettuare determinati tipi di analisi, che possono essere utilizzati su qualunque molecola, senza dover ogni volta scrivere righe e righe di comandi. C'è da dire che sentirete presto il bisogno di utilizzare programmi di visualizzazione molecolare e rendering più avanzati ed in grado di generare immagini di grande impatto grafico per le vostre pubblicazioni, se ne trovano parecchi in rete. Non resta che dare un ultimo consiglio quando magari vi capiterà di non ricordare a memoria qualche istruzione da dare a RasMol, non preoccupatevi, il programma è dotato di un manuale interno.

Buon Lavoro !

[Torna su]