Гомологичное моделирование комплекса белка с лигандом

Модификацируем файл со структурой: удалим всю воду из структуры (в текстовом редакторе) всем атомам лиганда присвоим один и тот же номер "остатка" (MODELLER считает, что один лиганд = один остаток) в нашем случае это номер 130 и модифицируем имена атомов каждого остатка, добавив в конец буквы A, B, C. Смысл операции в том, что атомы остатка 130 имели индекс А, атомы остатка 131 имели индекс В и т.д. . После модификации имен атомов изменим номера остатков на 130.
Например:

HETATM 1014 O7 NAG 130 -> HETATM 1014 O7A NAG 130 сохраним в файле 1lmp_now.ent

Созданим скрипт lysc_chick.py

from modeller.automodel import *
class mymodel(automodel):
    def special_restraints(self, aln):
        rsr = self.restraints
        for ids in (('O:125:A', 'N2B:148:B'),
                    ('ND2:121:A', 'O7A:148:B'),
                    ('N:77:A', 'O7B:148:B')):
                    atoms = [self.atoms[i] for i in ids]
                    rsr.add(forms.upper_bound(group=physical.upper_distance,
                      feature=features.distance(*atoms), mean=3.5, stdev=0.1)) 
env = environ()
env.io.hetatm = True
a = mymodel(env, alnfile='align.pir', knowns=('1lmp'), sequence='seq')
a.starting_model = 1
a.ending_model = 5
a.make()

• что нужно использовать стандартные валентные углы в полипептидной цепи (строчка 4)
  что дополнительно нужно сохранять взаимное расположение определенных пар атомов (3.5 ангстрема);
  В данном случае трех атомов белка, образующих водородные связи с тремя атомами лиганда - строчки 5-7 с ID пар атомов; параметры взаимного расположения атомов пары описаны в строчке 9-10. 3 точки могут однозначно расположить сложную структуру в пространстве, поэтому мы выбираем водородные связи как источник данных точек.
  
• что ковалентные связи в гетероатомах нужно вычислять по расстояниям между атомами (так же, как это делает Rasmol), строчка 12
  
• что имя файла с выравниванием и имена последовательностей образца и моделируемого белка, строчка 13 (а имя файла со структурой содержится в выравнивании)
  
• что число и номера моделей, которые нужно построить (в данном примере 5 моделей), строки 14-15
  
• что надо строить модель строчка 16
  

Запустим исполнение скрипта командой

 mod9v7 lysc_chick.py & 

Получили 5 моделей:

seq.B99990001.pdb

seq.B99990002.pdb

seq.B99990003.pdb

seq.B99990004.pdb

seq.B99990005.pdb

Все полученные модели очень близки друг к другу, также с каждой из моделей было сделано пространственное выравнивание с 1lmp и RMSD во всех случаях не превышало 0,2, что говорит о хорошем пространственном соотвествии. На данной картине красным отмечен белок 1lmp.

Проверим качество моделей и выберите лучшую. Инструменты для оценки качества структуры можно найти в веб интерфейсе WHATIF. Достаточно 2-3 инструментов.

1 модель

Structure Z-scores, positive is better than average:

 1st generation packing quality :  -3.006

 2nd generation packing quality :  -2.899

 Ramachandran plot appearance   :   0.217

 chi-1/chi-2 rotamer normality  :  -2.642

 Backbone conformation          :  -0.607



RMS Z-scores, should be close to 1.0:

 Bond lengths                   :   0.936

 Bond angles                    :   1.313

 Omega angle restraints         :   0.793

 Side chain planarity           :   0.317 (tight)

 Improper dihedral distribution :   1.089

 Inside/Outside distribution    :   1.062

2 модель

 Structure Z-scores, positive is better than average:
  1st generation packing quality :  -3.134
  2nd generation packing quality :  -2.433
  Ramachandran plot appearance   :  -0.028
  chi-1/chi-2 rotamer normality  :  -2.052
  Backbone conformation          :  -0.571
 
 RMS Z-scores, should be close to 1.0:
  Bond lengths                   :   0.927
  Bond angles                    :   1.301
  Omega angle restraints         :   0.809
  Side chain planarity           :   0.478 (tight)
  Improper dihedral distribution :   1.025
  Inside/Outside distribution    :   1.083

3 модель

Structure Z-scores, positive is better than average:
  1st generation packing quality :  -3.139
  2nd generation packing quality :  -2.820
  Ramachandran plot appearance   :   0.037
  chi-1/chi-2 rotamer normality  :  -1.028
  Backbone conformation          :  -0.484
 
 RMS Z-scores, should be close to 1.0:
  Bond lengths                   :   0.922
  Bond angles                    :   1.286
  Omega angle restraints         :   0.902
  Side chain planarity           :   0.369 (tight)
  Improper dihedral distribution :   1.054
  Inside/Outside distribution    :   1.079

4 модель

 
 Structure Z-scores, positive is better than average:
  1st generation packing quality :  -3.072
  2nd generation packing quality :  -2.516
  Ramachandran plot appearance   :   0.006
  chi-1/chi-2 rotamer normality  :  -1.868
  Backbone conformation          :  -0.317
 
 RMS Z-scores, should be close to 1.0:
  Bond lengths                   :   0.920
  Bond angles                    :   1.264
  Omega angle restraints         :   0.825
  Side chain planarity           :   0.273 (tight)
  Improper dihedral distribution :   1.041
  Inside/Outside distribution    :   1.072

5 модель

 Structure Z-scores, positive is better than average:
  1st generation packing quality :  -2.857
  2nd generation packing quality :  -2.471
  Ramachandran plot appearance   :   0.091
  chi-1/chi-2 rotamer normality  :  -2.946
  Backbone conformation          :  -0.175
 
 RMS Z-scores, should be close to 1.0:
  Bond lengths                   :   0.925
  Bond angles                    :   1.268
  Omega angle restraints         :   0.730
  Side chain planarity           :   0.347 (tight)
  Improper dihedral distribution :   1.027
  Inside/Outside distribution    :   1.085

Рассмотрим такие параметры как Ramachandran plot appearance(должна быть как можно больше) и Bond lengths(должна -> 1). Исходя из этого первая модель является лучшей.

RMSD = 0,196