今天仍然是分子动力学相关内容假如我MD模拟了一个酶做了不同溶液条件下的模拟或互调控蛋白的结合模拟如果我想知道其催化口袋受不同因素影响的开放程度应该怎样做那么这就需要用到CAVER软件。应用实例大家请看这篇文献《A contribution to lipid digestion of Odobenidae family: Computational analysis of gastric and pancreatic lipases from walrus》海象是保护动物作者为研究海象脂肪代谢相关的酶利用已知物种的脂肪酶做了进化分析并进行了同源建模再利用MD做了稳定性分析并使用CAVER探究了不同盐浓度下酶催化口袋的开放程度。一、准备输入文件在tunnel计算中我们希望结果能体现口袋的动态开闭过程因此显然我们不能拿单个pdb进行计算这里教给大家抽帧生成pdb的指令500ps一帧因此0-100ns共201个pdb模型共同输出到一个caver_input.pdb中# 在GROMACS工作环境下输入 gmx trjconv -s md.tpr -f md_final.xtc -o caver_input.pdb -dt 500 -pbc mol -center -n index.ndx加index是为了仅保留目标蛋白的主体部分请按蛋白质序列实际情况自行编写index文件详情可参考我的《在云服务器AutoDL实现分子动力学全流程》文章二、下载CAVER及相关准备工作1.下载CAVER自行搜索CAVER Analyst进入官网 -- 上方点击download -- 弹出的界面下载第一个All platforms即可全部解压到你的文件夹最好不用C盘2.准备javaCAVER是一个基于java的语言需要java 1.8以上。# adoptium是下载java依赖很好的途径 # https://adoptium.net/zh-CN/temurin/releases/ # 选择8 -LTS或者11 - LTS # 选择jdk # 点击下载获得的msi程序 # msi程序不像exe程序使用管理员权限安装会很复杂可以直接下在C盘用户AppData文件夹这是个隐藏文件夹请记一下下载路径 # 打开windows搜索环境变量新建path粘贴下载java的路径可以把这个java拖拽到第一条 # 做生信的人大概率是没有装java的但是也请注意区分之前安装的版本和x86的java另外我们找到下载CAVER的文件夹找到 etc -- caver_analyst.conf 找到#jdkhome/path/to/jdk这一行jdkhomeC:\Program Files\Eclipse Adoptium\jdk8u412-b08根据你的实际下载路径去掉前面的“#”然后改成实际路径。3.打开CAVER的方式及memory设置找到你的caver_analyst2 -- bin -- 点击 x64.exe 文件即可也可以为其创建快捷方式添加到桌面初始memory大概是1000MB会弹出形如这样的弹窗点yes因为1000MB对100-200ns的MD轨迹太少了如果您的电脑是16GB的可以设置4000-6000MB32GB则可以设置8000MB。三、文件导入及计算tunnel操作先在下载caver_analyst2的dir里创建一个caver_work文件夹把caver_input.pdb放进去为了保存workspace的时候可以找到原始pdb找到下载的 caver_analyst2 -- bin -- caver_analyst64.exe直接右键运行或者创建快捷方式。在软件内点击 file -- Open Molecular Dynamics -- PDB --add file选择自己的文件在下方选项栏structure dynamics里面可以拖动滑条看各帧构象如果不喜欢默认显示模式可以在上方工具栏按我的设置展示cartoon模式在下方选项栏Sturctur Squence通过点击选择待计算的res尽量根据先验选择4-5个res之后点击上方工具栏Tunnel -- surrounding -- from selection -- 输入你的选择 -- output directory改成你的caver_work地址 -- Compute Tunnels等待即可当出现“是否计算surrounding”的提示时点击“yes”出现结果后先 File -- Save Workspace 保存操作存档勾选包含input pdb的选项此后该次计算cws文件可直接通过CAVER软件打开。下方选项栏Tunnel Statistic会有两个子选项SET #1和SET #1 bottlenecksSET #1会给出summary信息Max_BR、Avg_L、Throughput是主要评估标准点击其中一个cluster会出现该聚类tunnel出现的pdb位置一般我们会锁定BR最大的分析再次点击某个tunnel则会出现各部位通道尺寸数据由于工具采用微分思想用小球模拟tunnel形状这里的radius与summary中的BR有微小差异SET #1 bottlenecks会按1-201的顺序逐帧展示每个pdb中出现的tunnel后面的信息则是起主要贡献的res所有以上信息会被输出到预定文件夹里的各个.csv文件中各位可自行查看另外右侧的Structures Overview可点击条各cluster后面的条形图符号进入Tunnel Graph工具该工具可展示tunnel各部位radius变化的趋势。四、ChimeraX及pymol的可视化操作1.存储通道的方式上方工具栏应该是没有存储通道的方式的我看Guide文件也没有找到可以点击右边栏目你想下载的tunnel右键会有下载选项存成pdb。输出的文件夹会存储各帧的obj文件但chimerax无法识别这个格式因为我使用的是可视化CAVER版本没有直接构建与pymol的管道如果您有什么更便捷的方法也可以分享给我。2.可视化方法ChimeraX打开你的caver_input.pdb会有1.1-1.201等很多子模型选择你要的那帧命令选择或手动点击选择按钮在下方命令栏输入delete ~sel之后保存成新文件即可另一个窗口打开tunnel的pdb文件会发现该文件保存了该cluster所有的组如果使用split命令可以拆分但这样很可能无法知道目的tunnel是哪一根所以我的建议是用任意文本编辑器打开pdb文件照着set #1里面details的各部位的radius找到目的tunnel然后把其他的手动删了。给大家贴一段pdb文件内容简单来说pdb文件其实只是用一种特定的格式记录了原子的类型、残基位数、三维坐标等HEADER TUNNEL COMPND caver_input EREST VAL EREST SER EREST HID EREST ILE EREST HIE EREST LYS EREST GLN EREST PHE EREST PRO EREST TYR EREST HIP EREST GLU EREST HIS EREST TRP EREST GLY EREST 20_AA EREST ALA EREST ARG EREST CYS EREST ASN EREST LEU EREST MET EREST ASP EREST THR ATOM 1 H FIL T 496 99.152 95.849 30.985 1.15 ATOM 2 H FIL T 496 99.249 95.713 30.514 1.37 CONECT 1 2 ATOM 3 H FIL T 496 99.018 95.610 30.138 1.57 CONECT 2 3 ATOM 4 H FIL T 496 98.646 95.746 29.981 1.70 CONECT 3 4 ATOM 5 H FIL T 496 98.479 95.948 29.555 1.56 CONECT 4 5 ATOM 6 H FIL T 496 98.312 96.149 29.128 1.51 CONECT 5 6前面的EREST是指这些tunnel线不是真实的残基如果我们想看到tunnel各部位radius的大小那么首先选定tunnel然后 点击Tools -- General -- Shell在Shell里输入如下命令注意不是命令行这步的原理是bfactor一般被记成温度是非必须的列因此约定俗成的tunnel一般在这一列写入radius参数将这个参数赋值给sphere球体大小的参数即可from chimerax.atomic import selected_atoms for a in selected_atoms(session): a.radius a.bfactor再在style里改成sphere即可然后可以把结构与tunnel一起存成新pdbcombine #1,#2 name #33.Align携带HETATM原子的pdb模型的方法大家用过ChimeraX的一定知道Matchmaker工具可以直接把模型拟合到一起但如果其中带了非残基原子就无法被选中作为模板就算实现了也会有个问题——那个tunnel不会跟着移动chimerax有如下命令但我试了所有参数无法实现需求大家可以试一下在Shell中以屏幕面为坐标系整体移动的方式align #2 CA toAtoms #1 CA move nothing reporMatrix true那么可以用pymol实现旋转再用ChimeraX渲染这个软件最大的优势在于美观load tunnel_merged_1.pdb, 1 load tunnel_merged_2.pdb, 2 super 1 and name ca, 2 and name ca贴一张我做的蛋白的图融合了两条相近的tunnel注如果出现了merge后的pdb在pymol中不显示但chimerax里显示的问题可能是pdb编码格式被tunnel的写法扰乱了重新保存新的tunnel再合并一下