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Práctica:Manejoyutilizaciónde programas de visualizaciónde macro‐moléculas.J‐mol  QueesJ‐mol Los archivos de coordenadas moleculares que son leídos por Jmol tienen formatos correspondientesadistintosprogramasde visualizaciónmolecular.Elformato máscorrientes paraestructurasdeproteínasyácidosnucleicosdeterminadasexperimentalmentees el dela base de datos ProteinDatabank (PDB)  mantenida por Research Collaborative for Structural Bioinformatics. Básicamente todos ellos son  archivos en formato de texto donde se encuentran una serie de números y letras que definen los tipos y situación espacial de los átomosylosenlacesqueposee unamolécula.Estosvaloressedeterminanhabitualmente por difracciónderayosX.  Jmolesdelibredistribucióny códigoabierto.Escompatibleconeljuegodeinstrucciones de RasMol, programa de visualización molecular creado por Roger Sayle de la Universidad de EdimburgoyelDepartamentodeEstructuraBioMolecular,InvestigaciónyDesarrollodeGlaxo, enGreenford,ReinoUnido. 

Objetivo El objetivo principal de esta práctica es introducir al alumno en el manejo de un programa gráfico de estructuras moleculares para la visualización de proteínas, ácidos nucleicos y moléculaspequeñas.Atravésde estoseesperaque secompruebequelas estructurastienen unfundamentoreal. 

Materiales • • •

Ordenadorespersonales(PCoMacintosh) ElprogramaJ‐Mol Ficheros(entreparéntesisseindicanlosnombresdelosficherosen labase dedatos: ProteinBrookhavenDataBank): ‐ Triosafosfatoisomerasa(1TIMA.PDB) ‐ Lisozima(1BB6.PDB) ‐ ProteínatipodedosdeZinc(1DD6)

 Antes de comenzar repasaremos como se obtienen las estructuras tridimensionales de macromoléculasporrayosxycuáleslaestructuradeunficheroPDB. 

 GuíabrevedeJ‐mol ElprogramaJ‐Molpermitelaejecucióndeórdenestantoatravésdeltecladoenlaventanade comandos(consola),comoatravésdelosmenúsdelaventanadegráficos.  Para iniciar J‐mol en primer lugar tenemos que tener instalado Java en nuestro ordenador, copiamoselficheroJmol.jarennuestroequipoyloejecutamosdirectamente,senosabrirá la ventana de J‐mol con un fondo negro, en la zona superior podemos ver los distintos submenús: (Archivo, Editar, Estilo, Vista, Herramientas, Macros y Ayuda). Por otra parte, podemosaccederalamayoríadecomandosdeJ‐molatravésdeunmenúdesplegablequese activaconelbotónderechodelratón.Además,J‐molcuentaconunaventanadecomandos(al estiloRas‐mol)quepodemosactivarenArchivo‐>Consola. 

Abrirunficherodeestructura Aunque J‐mol puede abrir diversos tipos de ficheros estructurales, las estructuras macromoleculares de tipo biológico suelen encontrarse en ficheros *.PDB o *.ENT. Abramos nuestroprimerficherodeestructura1TIMA.  Podemos rotarlaestructuraconelratón,picandosobreella(botón derechodelratón).Hacer zoom con el botón central del ratón o pulsando mayúsculas + botón derecho del ratón y trasladarlapulsandocontrol+botónderechodelratón.  Representación Podemos cambiar el aspecto de la molécula a través del menú emergente, seleccionando: Estilo ‐> Patrón ‐> Esferas CPK, Bolas y Varillas, Varillas, Alambre, Esquemático, Cordón. Las órdenesatravésdelmenúcambian larepresentaciónde lamoléculacompleta,las órdenesa travésdelaconsolasesuperponenalarepresentaciónqueyatenemos.  Lostiposderepresentaciónalosquepodemosaccederdesdelaconsolason:  spacefill(representalosátomoscomoesferasconradiodevanderWaals) wireframe(representalaunióncovalenteentreátomoscomovarillas) backbone (muestra la línea quebrada queune loscarbonos alfa en proteínasygruposfosfato enácidonucleicos) trace(muestralacurvaqueinterpolalasposicionesdeloscarbonosalfaygruposfosfato) ribbon(la unión se realizaporcintas,puedeañadirseunreborde gruesoconsetribbonborder on) meshribbon(cintasdemalla) strand(hebras) cartoons (Cintas con punta para hélices y láminas; con el parámetro previo set cartoonrocketson,lashélicesserrepresentancomocilindros) rockets(representalashélicescomocilindrosylasláminascomoflechassolidas)  Colores Podemos mejorar la visualización de nuestra molécula a partir de diferentes comandos que soloestánaccesiblesatravésdelmenúdelaconsola,comoson:  setspecularpower75 setambientpercent50 set antialiasdisplay on (este último comando hay que usarlo con cuidado ya que ralentiza muchoelordenador) background,nospermitirácambiarelcolordelfondo(comodatocuriosopodríamos ponerde fondocualquierimagenconelcomando(backgroundimage“…direccióndelaimagen..”)  Existendiversoscoloresquepodemosdarlesalosátomostantodesdelaconsolacomodesde el menú emergente (Color ‐> Átomos ‐> Patrón). Entre los que se encuentran: por elemento (CPK, esquema desarrollado por Corey, Pauling y Kultin), por amino‐acido (con colores parecidosparaaminoácidoscon propiedadessimilares), shapely(uncolordiferente paracada aminoácidoobase),porcadena(sisetratade una proteínamultimericaosien elfichero se encuentramásdeun“modelo”),porgrupo(coloreatodoslosátomosdelrojoalazulsegúnsus posicionesenlacadena polipectidica),porestructura(cadaátomoesrepresentadosegúnala estructura a la que pertenece: hélice alfa, hélice 310, hélice pi, lamina beta, giro beta), por carga,etc. 

Desde la consola podemos introducir los colores para los átomos seleccionados con el comandocolorseguidodelesquemadecoloreselegido.Finalmentedejamosla moléculacon elestilo“BolasyVarillas”yelesquemadecolor“shapely”.  Puentesdehidrógenoydisulfuro Podemos mostrar los puentes de hidrogeno presentes en la molécula utilizando J‐mol, en primer lugar hemos de calcularlos con la instrucción calcúlate hbonds, una vez hecho esto podemos mostrarlos con la instrucción hbondson, podemos darles un mayor grosor con la instrucciónhbonds100ycolorearlosenfuncióndeladistanciaentreresiduosenlazadosconla instruccióncolorhbondstype.  Paramostrarlospuentesdisulfurosbastaconrealizarlainstrucciónssbondson, aligualqueen elcasoanteriorpodemosdarlesunmayorgrosorconlainstrucciónssbonds100.  Identificacióndeátomosyresiduos Podemosidentificarunátomooenlaceconcreto,pinchandoconelratónsobreelmismo.Enla ventanadelaconsolanosaparecerálamoléculao residuoalquepertenece, el elementodel quesetrata,elnúmerodeátomodentrodelficherodeestructuraysuscoordenadas.  Seleccióndeátomos,moléculasopartesdelasmismas Podemos seleccionar los átomos correspondientes a diferentes subgrupos desde el menú emergente: agrupándolos por tipo de elemento, por los residuos a los que pertenecen, si forman parte del esqueleto peptídico (backbone) o si se encentran en una cadena lateral (sidechain). Además, pueden agruparse los residuos polares, apolares, cargados positiva o negativamente y sin carga. Desde la consola del programa podemos acceder a todos estos subconjuntosydefinirotrosnuevos,paraellopodemosemplearlossiguientescomandos:  select(seleccionaelconjuntoespecificado,sinocultarelresto) restrict(restringealconjuntoespecificado,ocultandoelresto) hide(ocultaelconjuntoindicado,perosinalterarlaselección) display(muestraelconjuntoindicado,sinalterarlaselección)   Conjuntosdeátomos Podemosseleccionarlosdistintosgruposdeátomosconlassiguientesexpresiones:  all(todoslosátomos) Númerodeátomo:atomno=… Númeroderesiduo:resno=…  Cadaátomo,residuo,grupodeátomosoderesiduospuedenserespecificadosporlasiguiente combinación:“nombredelresiduo”+“nºderesiduo”+“cadena”.“tipodeátomo”,aunqueesta combinaciónnotieneporquésercompleta,ejemplo:  GLU107A.CA(Carbonoalfadelglutámico107) 107A.CA(Carbonoalfadelresiduo107) *A.CA(TodosloscarbonosalfadelacadenaA) CA(Todosloscarbonosalfaindependientementedelacadenaenlaqueseencuentren) *A(CadenaAcompleta) GLU(Todoslosglutámicospresentesenlamacromolécula) 107(residuo107) 

Además,Jmoltienepredefinidosdiferentesconjuntosdeátomostalescomo: Protein, nucleic, dna, rna, carbohydrate, hetero, ligand, solvent, wáter, ions, backbone, sidechain,hélix,sheet,turn,purine,pyrimidine…  chemicalelements element_name (including "deuterium and tritium"), _Xx (an element symbol preceeded by underscore, possibly with isotope number listed, such as _Cu, _Fe, _2H, _31P) isaromatic

atoms connected with the AROMATIC, AROMATICSINGLE, or AROMATICDOUBLE bond types (Jmol 11.3.29)

nonproteingroups

carbohydrate, dna, hetero, ions (specifically the PDB designations "PO4" and "SO4"), ligand (hetero and not solvent), nucleic, purine, pyrimidine, rna, sidechain

proteinresidues acidic

ASP, GLU

acyclic

amino and notcyclic

aliphatic

ALA GLY ILE LEU VAL

amino

all twenty standard amino acids, plus ASX, GLX, UNK

aromatic

HIS PHE TRP TYR (see also "isaromatic" for aromatic bonds)

basic

ARG, HIS, LYS

buried

ALA CYS ILE LEU MET PHE TRP VAL

charged

acidicorbasic

cyclic

HIS PHE PRO TRP TYR

helix, helixalpha, helix310, helixpi

secondary structure-related. (Note that helixalpha, helix310, and helixpi are subtypes of helix introduced in Jmol 12.0.)

hetero

PDB atoms designated as HETATM

hydrophobic

ALA GLY ILE LEU MET PHE PRO TRP TYR VAL

large

ARG GLU GLN HIS ILE LEU LYS MET PHE TRP TYR

medium

ASN ASP CYS PRO THR VAL

negative

acidic

neutral

amino and not (acidic or basic)

polar

amino and nothydrophobic

positive

basic

protein

defined as a group that contains PDB atom designations C, N, and CA

sheet

secondarystructure-related

small

ALA GLY SER

surface

amino and notburied

turn

secondarystructure-related

protein-related

alpha, backbone, base, mainchain, sidechain (backbone and mainchain are synonymous), spine (*.CA, *.N, *.C for proteins; *.P, *.O3*, *.O5*, *.C3*, *.C4*, *.C5 for nucleic acids; Jmol 12.0)

solvent-related

solvent, PDB "HOH", water, also the connected set of H-O-H in any model

Tabla1.Tablatomadadelsitio:JmolInteractiveScriptDocumentation(http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/)

 Puedenencadenarsedistintasexpresionesutilizandolossiguientesoperadoreslógicos: and,or,not;onuméricos:=,,>=,...