利用Chimera分离蛋白和配体结构

以4llx结构为例.

下载结构

打开Chimera, 界面如下图所示. 左侧的一列是工具的快捷入口, 右边有最近打开的文件. 右下角有一个Browse用于浏览打开某个文件, Fetch用来在网上下载文件.

Chimera打开界面

左侧的工具栏很重要, 如果没有显示, 需要自行设置出需要的工具. 点击菜单的Favorites -> Add to Favarites/Toolbar, 弹出窗口进行设置, 在On Toolbar一列勾选需要的工具. 一般需要以下工具:

• Model Panel, 必须的.
• Side View, 控制视觉, 有时显示不出来要靠这个.
• Color Secondary Structure, Rainbow, Color Actions控制颜色的.
• 2D Label : 控制显示标签.
• FindHBond, Find Clashes/Contacts,Distances 一些显示氢键, 距离等.
  设置完毕后, 要点选Save, 否则下次重开就没有显示.

我们点击Fetch, 然后在PDB处输入pdb编号, 再点击下方的Fetch, 开始下载文件. Set Download directory 可以设置下载文件的默认目录. 如果不知道下载到哪里了, 可以在这里查看.

网上获取PDB结构

检查结构

下载完毕后, 会自动打开结构. 首先, 观察一下这个蛋白. 飘带的是蛋白的结构, 而棍棒的则是化学键. 我们一眼看起来, 分子比较大, 好像有两个蛋白.

• 按住中键移动鼠标可以平移分子.
• 按住左键移动鼠标可以旋转分子.
• 按住右键移动鼠标可以缩放分子.

4llx的蛋白结构

点选左侧工具栏 Rainbow 图标, 打开窗口, 选择chain, 点击Apply. 可以发现蛋白的确有两种颜色, 很可能是一个蛋白的两个重复的单元. (熟练的话, 这步不是必须的, 只是协助你判断蛋白的链).

按链rainbow着色

将鼠标移动到蓝色蛋白上, 不动鼠标一会儿, 会显示例如LEU 474.A这样格式的东西, 代表474编号的LEU残基, A链. 所以蓝色是A链的, 同理可知红色是B链的.

显示氨基酸残基信息

我们只需要保留一个重复的结构单元即可, 因此需要删掉一部分. 首先确定配体所在. 配体一般不会和蛋白共价连接(即不会和蛋白直接相连), 调整视觉找到配体分子, 如下图所示. 可以发现, A链有配体分子, B链没有. 因此可以把B链部分删掉.

配体分子部分

点击菜单 Select -> Chain -> B, 选中链B. 此时链B 被选中, 外周出现绿色条纹.

随后, 菜单 Actions -> Atoms/Bonds -> Delete , 可以删除被选中的原子. 可以发现, 链B被删除. 只留下链A.

选中链B

复制分子并制造独立的配体分子与受体分子

为了分别保留配体分子和蛋白分子, 我们需要两份复合物的结构, 再对每份结构进行处理, 变成一份是只有配体分子, 一份只有受体原子.

• 打开左侧工具栏的Model Panel.

Model Panel复制分子

• 点选要复制的条目, 这里只有一个4llx. 然后找到右边的Copy/combine. 设置新的名字New Model's Name, 例如叫4llx_protein. 点击OK.
• 这时, Model Panel将有两条结构. 我们取消第一个新建结构的Shown显示(这个会控制该结构是否在主窗口中显示). 记得, 至始至终不要动Active的勾.

Model Panel两个结构

我们将对第一个结构只保留配体, 即删掉受体; 而第二个结构则只保留受体, 删掉配体.

• 放大视觉, 在链A处, 显示出配体分子, 按着Ctrl键, 鼠标左键点击配体分子中任意一个原子. 显示该原子有绿色被选中.

选中配体分子任意一个原子

• 按键盘 上, 可以扩大选择选区到整个配体分子 (上下键分别扩大和缩小选择范围, 从原子, 氨基酸/配体, 链, 整个模型的范围变化, 左右键则是反选, 前者针对残基/配体, 后者则是整个分子).
• 按键盘 右, 发现除了配体分子, 全部被选择.
• 菜单 Actions -> Atoms/Bonds -> Delete , 可以删除被选中的原子.
• 此时, 只显示保留有一个配体分子了!

选中配体以外的部分

继续在Model Panel, 勾选第二条, 取消第一条记录, 此时显示第二个结构.

• 重复上面选择配体分子的一步, 选中配体分子.
• 菜单 Actions -> Atoms/Bonds -> Delete , 可以删除被选中的原子. 删掉配体.
• 此时, 结构2就只含有受体结构了!
• 在Model Panel 将两个分子都显示出来. 完整的分子.

保存结构

我们将配体小分子保存为mol2格式的文件, 而大分子则是pdb格式文件.

保存配体分子结构 mol2

保存配体分子

• 菜单 File -> Save Mol2, 打开保存mol2格式的窗口
• 选择要保存的目录, 填写保存的文件名, 例如4llx_ligand.mol2, ligand是配体的意思.
• 在Save Models处, 选择第一条有配体结构的条目. 全选的话会把所有结构导出到一个文件. 那就失败了.
• 勾选 Save relative to model 处, 选择第二条4llx_protein. 这一步很重要, 意思是说保存的结构的坐标会与我选择的第二条的蛋白结构的坐标系统保持一致. 不选择的话, 可能会出现配体分子位置出现变化, 因此失去意义. (其实只要勾选Save relative to model即可, 不选择第二条结构也没关系. )
• 点击Save 即可.

保存受体结构 pdb

• 菜单 File -> Save PDB, 打开保存PDB格式的窗口
• 选择要保存的目录, 填写保存的文件名, 例如4llx_protein.pdb.
• 在Save Models处, 选择第二条有受体结构的条目 (别选错了).
• 确定勾选了(默认勾选) Save relative to model
• 点Save, 保存文件.

保存受体分子

检查保存的结构

• 保存完毕后, 在菜单 File -> Close Session 关闭掉对话. 打开的东西会关闭.
• 菜单 File -> Open, 找到刚才保存的pdb和mol2文件, 打开.
• 检查复合物结构是否合理, 配体有没有还在蛋白结合的部位?
• 在Model Panel, 分别控制只显示第一条目和第二条目, 看看受体和配体的保存是否有异常 (例如, 受体的pdb文件内还有配体分子结构么? 如果有, 那么在保存时, Save Models处没有正确选择) .
• 如果没问题, File -> Close Session 关闭掉即可.

如何打开下一次的 Fetch 来下载结构? 在显示主窗口的有下家, 找到一个闪电⚡️的标志的图标. 点击即可进入Fetch界面.

Fetch界面的进入