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TD Master 2 BGM lundi 22 octobre 2012
TD Manipulation de structures 3D de biomolécules
Recherche dans la PDB
PDB = Protein Data Bank, base de données 3D
Cette banque contient plus de 60000 structures 3D de biomolécules. Ces structures ont été
majoritairement établies par cristallographie RX, mais aussi par résonance magnétique nucléaire
(RMN) et microscopie électronique.
Chaque entrée de la PDB est identifiée par 4 caractères.
1) rechercher les biomolécules suivantes :
• lysozyme de poule (Gallus gallus) complexé au substrat NAG (Advanced search > Structure
annotation > Structure title : hen egg white lysozyme + Chemical compounds > Chemical
name : contains : glucosamine)
• complex ARN 16S / protéine ribosomale S15
2) télécharger le fichier 2WAR.pdb sur le bureau
3) ouvrir 2WAR.pdb avec NotePad et explorer son contenu
• titre, description, références
• détails expérimentaux
• séquence, structures secondaires
• paramètres de maille, groupe d'espace
• coordonnées atomiques de la macromolécule, des substrats, des molécules d'eau
ATOM 1000 CA LEU A 129 -16.933 20.097 7.187 1.00 32.19 C
ATOM 1001 C LEU A 129 -18.325 20.250 7.738 1.00 34.75 C
ATOM 1002 O LEU A 129 -19.273 20.656 7.058 1.00 35.11 O
ATOM 1003 CB LEU A 129 -16.038 21.179 7.812 1.00 30.93 C
...
HETATM 1009 C1 NAG A1130 -2.197 30.261 35.999 1.00 43.29 C
...
HETATM 1080 O HOH A2001 2.100 6.421 10.852 1.00 27.10 O
...
Visualisation 3D avec PyMol
NB : Pymol est un logiciel libre que vous pouvez utiliser librement et gratuitement sous certaines
conditions (voir site www.pymol.com). La communauté des utilisateurs de PyMol propose une
documentation sous forme de wiki (site web collaboratif) : http://www.pymolwiki.org/
Les principales fonctions de PyMol sont accessibles soit par les menus déroulants, soit par des
instructions tapées dans la ligne de commande. Pour ouvrir le fichier PDB 2WAR.pdb, on peut
passer par le menu File > Open... ou écrire :
load 2WAR.pdb
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Modes de représentation
1) représenter (menu S à droite) et colorier (menu C) la protéine de différentes manières :
représentation bâton « tous atomes » :
show sticks / hide sticks
représentation squelette Ca :
show ribbon / hide ribbon
représentation stylisée avec structures 2D :
show cartoon / hide nonbonded
2) pour un rendu plus réaliste, cliquer sur le bouton Ray ou : ray
3) pour sauvegarder l'image, File > Save image as … ou : png nom_image
Environnement cristallin
1) afficher la maille cristalline et observer sa géométrie : show cell
2) afficher les molécules symétriques etrepérer les canaux de solvant :
symexp sym,2WAR,(2WAR),30
pour supprimer les symétriques :
delete sym*
Zoom sur le site catalytic de l'enzyme
1) sélectionner le ligand (NAG) et créer un nouvel objet à partir de cette sélection :
extract NAG, resn NAG
2) représenter la surface de la protéine et la rendre transparente : show surface, 2WAR
set transparency, 0.5
3) représenter le ligand en mode bâton (ou CPK 1 ) : show sticks (spheres), NAG
4) créer une image de la scène montrant le substrat dans le site catalytique...
Exemple de structure RMN
1) télécharger la structure 1E8L grâce au menu Plugin > PDB loader service
2) animer la scène (défilement des modèles) en cliquant sur le bouton Play
Exemple de complexe acide nucléique / protéine
1) télécharger la structure 1DK1 grâce au menu Plugin > PDB loader service
2) passer en mode cartoon : hide everything ; show cartoon, all
3) tester différents modes de représentation de l'ARN :
ruban du squelette plus épais : set cartoon_tube_radius, 1.0
bases bâton : set cartoon_ring_mode, 0 ; set cartoon_ladder_radius, 0.6
plateaux de bases : set cartoon_ring_mode, 3
rien, sucres + bases ou bases seules : set cartoon_ring_finder, 0 or 1 or 2
4) afficher les distances des liaisons hydrogènes de plateaux de bases A=U G=C :
distance dist-N1A-N3U, resi # and name N1, resi # and name N3
distance dist-N6A-04U, resi # and name N6, resi # and name O4
distance dist-N1G-N3C, resi # and name N1, resi # and name N3
1 Modèle CPK pour Corey, Pauling, Koltun, aussi appelé « space filling model »
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distance dist-N2G-O2C, resi # and name N2, resi # and name O2
distance dist-O6G-N4C, resi # and name O6, resi # and name N4
5) créer une image pour chaque type de plateaux de base classique (AU, CG) montrant les liaisons
hydrogène en jouant sur la profondeur de champ. Repérer également un appariement GU et créer
une image.
Cartes de densité électronique et construction du modèle
1) télécharger les fichiers suivants depuis http://cj.sauter.free.fr/xtal/master/ :
thaum-pala.pdb thaumap2.8.ccp4 thaumap1.2.ccp4
2) ouvrir le fichier thaum-pala.pdb par le menu File > Open...
3) se centrer sur le premier résidu en affichant la séquence (menu S en bas à droite) et en cliquant
sur le premier A (Ala) avec le bouton central de la souris
4) ouvrir le fichier thaumap2.8.ccp4 par le menu File > Open... puis afficher la carte de densité
électronique grâce au menu Wizard > Density ou : isomesh map2.8, thaumap2.8, 1.
5) ajouter les chaînes latérales des résidus 1 à 45 en activant le menu Wizard > Mutagenesis
Sélectionner un acide aminé dans la liste (No mutant > Mutate to X), puis clic gauche sur le résidu à
muter, choisir le bon conformère pour la chaîne latérale (flèches ), et valider par « Apply »,
etc.
Séquence de la thaumatine (uniprot) :
10 20 30 40 50 60
ATFEIVNRCS YTVWAAASKG DAALDAGGRQ LNSGESWTIN VEPGTNGGXX XXXXXCXXDD
70 80 90 100 110 120
SGSGICKTGD CGGLLRCKRF GRPPTTLAEF SLNQYGKDYI DISNIKGFNV PMNFSPTTRG
130 140 150 160 170 180
CRGVRCAADI VGQCPAKLKA PGGGCNDACT VFQTSEYCCT TGKCGPTEYS RFFKRLCPDA
190 200
FSYVLDKPTT VTCPGSSNYR VTFCPTA
4) ouvrir le fichier thaumap1.2.ccp4 par le menu File > Open... et afficher la carte de densité
électronique :
isomesh map1.2, thaumap1.2, 1.
5) poursuivre l'ajout des chaînes latérales des résidus 46 à 100, en devinant la nature des résidus de
49 à 58...
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