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[其它程序] 使用MolAICal计算纳米管和蛋白质孔道半径的教程

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发表于 Post on 2020-8-12 00:48:02 | 显示全部楼层 Show all |阅读模式 Reading model
本帖最后由 MolAICal 于 2020-9-2 23:15 编辑

使用MolAICal计算纳米管和蛋白质孔道半径的教程

更多教程(含英文教程)请见如下:
MolAICal官方主页:https://molaical.github.io
MolAICal blogspothttps://qblab.blogspot.com

1.简介
本教程介绍使用MolAICal (https://doi.org/10.1093/bib/bbaa161计算纳米管和蛋白质半径的方法。共分为三个部分:纳米管半径计算,蛋白质孔道半径计算和肽通道半径的计算。最后一个教程是肽通道半径的测量,若果你熟悉VMDNAMD,可以使用由CHARMM力场产生的PDBPSF文件来测量肽通道的半径,当然也可以只使用肽段的PDB文件进行肽通道半径的测量。

2.工具
2.1. 所需软件下载地址
2.2. 操作示例文件
所有用到的操作教程文件均可在下面的网站下载:

3.操作流程
3.1. 纳米管半径计算
1)VMD软件中构建纳米管:Extensions-->Modeling-->Nanotube Builder (如图1)
1.jpg
1.构建纳米管

2)使用类似图1的方法打开VMD Tk Console: Extensions-->Tk Console。在Tk Console中使用cd命令切换到含有文件“nanotube.pdb”“parameter.dat”的目录,例如:
#>cd d:/005-radiiCal/nanotube

3)使用如下命令在Tk Console中保存生成的纳米管文件,并命名为“nanotube.pdb”
#>set all [atomselect top all]
#>$all writepdb nanotube.pdb

4)选择已构建纳米管内的任意点。你可以在纳米管孔道内表面选择2个不同的原子,然后将这两个原子的连线中心作为“cpoint”。在本教程中,选择的点坐标为-0.2015 0.4185 30.147。打开“005-radiiCal\nanotube”文件夹中的“parameter.dat”,将以上所选点坐标添加到“cpoint”。然后按下文所示修改 “vector”参数:
-----------------------------------------------------------------
cpoint        -0.2015 0.4185 30.147
vector        0.00 0.00 1.00
-----------------------------------------------------------------
“0.00 0.00 1.00” 表示沿着Z轴方向的半径测量。“0.00 1.00 0.00” 表示沿着Y轴方向的半径测量。“1.00 0.00 0.00” 表示沿着X轴方向的半径测量。 通道可大致沿任意轴方向放置,即和vector的方向大致一致。

5)Windows DOSLinux console中运行如下命令计算半径:
#> molaical.exe -channel radii -cpp parameter.dat

命令运行会生成 “channel_radii.dat”,“dot.vmd_plot” “surf.vmd_plot”文件。“dot.vmd_plot”“surf.vmd_plot”可通过VMD软件展示通道表层。类似图1的方式打开VMD Tk Console Extensions-->Tk Console。然后运行以下命令:
#> source dot.vmd_plot

本教程省略了纳米管卡通图的做法,你可以根据自己的偏好自行设置。你将看到如图2所示的通道点曲面:
2.png
2.纳米管通道表面

文件 “channel_radii.dat” 包含了反应坐标和半径值。文件“channel_radii.dat”中的第一列是反应坐标,第二列是半径值。可以使用 OriginLab, Microsoft Excel等工具将其绘制成图。绘制结果如图3所示:
3.png
3.半径对反应坐标作图结果

3.2. 蛋白孔道半径计算
转至教程所在目录下:
#> cd 005-radiiCal/KcsA
在蛋白通道中选择任意点,然后在参数文件“parameter.dat”中,将参数“cpoint”设置成为所选点的坐标。按照下文所示设置参数“cpoint”“vector”
-----------------------------------------------------------------
cpoint    0.001  0.006  1.927
vector    0.00 0.00 1.00
-----------------------------------------------------------------
“0.00 0.00 1.00” 表示沿着Z轴方向的半径测量。“0.00 1.00 0.00” 表示沿着Y轴方向的半径测量。“1.00 0.00 0.00” 表示沿着X轴方向的半径测量。通道可大致沿任意轴方向放置,即和vector的方向大致一致。
1)在Windows DOSLinux console中运行如下命令计算半径:
#> molaical.exe -channel radii -cpp parameter.dat

2)本运算也会生成“channel_radii.dat”, “dot.vmd_plot” “surf.vmd_plot”文件。类似图1的方式打开VMD Tk Console:Extensions-->Tk Console。然后运行以下命令:
#> mol load pdb KcsA.pdb  
#> source dot.vmd_plot

本教程省略了蛋白卡通图的做法,你可以根据自己的偏好自行设置。你将看到图4所示点曲面:
4.png
4.蛋白通道的点曲面

文件 “channel_radii.dat” 包含了反应坐标和半径值。文件“channel_radii.dat”中的第一列是反应坐标,第二列是半径值。可以使用 OriginLab, Microsoft Excel等工具将其绘制成图。半径绘制如图5所示:
5.png
5.半径对反应坐标作图结果

注意事项:文件“parameter.dat”中的参数“conpar”是一个控制参数,参数“conpar”的默认值是0.15,其数值的增加可以提升随机测量的概率。在这种情况下,有可能出现一些奇怪的测量路线。如果你的蛋白孔道比较规则且大致沿着X, Y, Z轴的某一个方向,你可以减少参数“conpar”的数值,比如设置成0.04,但是参数“conpar”不能设置成0,这样你就能得到较为规整的测量通道。

3.3. 半径计算的高级教程
本部分示例利用由 CHARMM 力场产生的PDBPSF文件计算多肽孔道半径。转至教程所在目录:
#> cd 005-radiiCal/GramicidinA
选择多肽孔道中的任意点。将参数“cpoint”设置为所选任意点的坐标。按照下文所示设置参数“pdbpath”, “psfpath”,“cpoint” “vector” :
-----------------------------------------------------------------
pdbpath    1JNO.pdb
psfpath    1JNO.psf
cpoint    0.1625 -0.629 -1.838
vector    0.00 0.00 1.00
-----------------------------------------------------------------
0.00 0.00 1.00”表示沿着Z轴方向的半径测量。“0.00 1.00 0.00”表示沿着Y轴方向的半径测量。“1.00 0.00 0.00”表示沿着X轴方向的半径测量。通道应大致沿任意轴方向放置,即和vector的方向大致一致。
1)在Windows DOSLinux console中运行如下命令计算半径:
#> molaical.exe -channel radii -cpp parameter.dat -fc charmm

2)本次运算也会生成 “channel_radii.dat”,“dot.vmd_plot” “surf.vmd_plot”文件。类似图1的方式打开VMD Tk Console:Extensions-->Tk Console。运行以下命令:
#> mol load pdb 1JNO.pdb
#> source surf.vmd_plot

本教程省略了多肽卡通图的做法,你可以根据自己的偏好自行设置。你将看到图6所示多肽通道 (如图6所示):
6.png
6.多肽通道

文件 “channel_radii.dat” 包含了反应坐标和半径值。文件“channel_radii.dat”中的第一列是反应坐标,第二列是半径值。可以使用 OriginLab, Microsoft Excel等工具将其绘制成图。半径绘制如图7所示:
7.png

7.半径对反应坐标作图结果


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Level 4 (黑子)

发表于 Post on 2021-8-16 22:00:42 | 显示全部楼层 Show all
请问下,对于非对称的蛋白,孔道每个位置的横截面形状都不一样,也可能不是圆,那么这里的半径值是将孔道近似为圆得到的值吗?还是取的孔半径最小值?

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发表于 Post on 2021-8-28 11:16:00 | 显示全部楼层 Show all
非常Nice的软件,请问这款软件在windos环境下如何安装呢?搜了很多发现教程非常详细,但是安装教程确一致没有找到。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2021-10-17 02:16:08 | 显示全部楼层 Show all
amber菜鸟 发表于 2021-8-28 11:16
非常Nice的软件,请问这款软件在windos环境下如何安装呢?搜了很多发现教程非常详细,但是安装教程确一致没 ...
windows下直接解压就可以用,不需要安装
安装的方式看一下这个: https://molaical.gitee.io/install.html

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2021-11-10 15:37:45 | 显示全部楼层 Show all
Eva_Winter 发表于 2021-8-16 22:00
请问下,对于非对称的蛋白,孔道每个位置的横截面形状都不一样,也可能不是圆,那么这里的半径值是将孔道近 ...

近似值,采取蒙特卡洛退火模拟的算法获取最优值

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