使用Pymol在磷脂双分子层中观察膜蛋白

中大-活性小肽 · 发表于 2012-10-26 23:53:25

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   背景知识：膜蛋白是一类特殊的蛋白，它一般会贯穿整个磷脂双分子层，磷脂双分子层的总体厚度大约为40-50个埃（30埃的疏水内部+两边各5到10埃的极性头部）。正因为其所处位置的特殊性，导致了其结构和功能的多样性。而我们在实际的使用过程中，可能会发现从数据库中下载下来的膜蛋白其实都只有蛋白，没有膜，如果我们能够自己给它加上一个磷脂双分子层的话，可能就会给我们以一个全新的视角。或者，即使没有什么太大的帮助，平时用来向周围的人展示一下也未尝不可。
那么以下的步骤就是教你如何在Pymol中完成这项任务：
   首先我们需要获得两个三维结构文件，一个是磷脂双分子层的，另一个是我们想观察的膜蛋白的。前者可以从http://heller.userweb.mwn.de/membrane/membrane.html这个网址下载（是模拟的结果，三种状态的磷脂双分子层文件均有）。在这里我们选择了处于固相的磷脂双分子层结构（文件见附件），蛋白质文件选择1BY5，这是一个配体门控的跨膜蛋白，跨膜部分形成了一个β桶。

好，接下来就进入正题了：
1.       对磷脂双分子层的初步处理
# 载入当前目录（或者其他目录，加上路径即可）下的磷脂结构模型
load lipids.pdb
# 隐藏所有的溶剂（水）分子
hide everything, solvent
# 隐藏所有P原子的原有显示，并以球面模型重新显示
as spheres, element p

lipids

2.       对蛋白质的初步处理
# 载入蛋白质结构
load 1BY5.pdb
# 隐藏蛋白的所有原有显示，并显示为正常的卡通模型
as cartoon，1BY5
# 重设视图
reset
3.       将膜蛋白和磷脂双分子层进行整合
这一步操作是用鼠标（配合快捷键）完成的，所以整合的结果因人而异，看上去差不多就行了。
首先，在Mouse Mode面板选择点击通常的3-Button Viewing使其转换为3-Button Editing模式；
接着，用Shift+鼠标左键拖动，可以单独对蛋白质进行旋转，知道和磷脂双分子层的取向相匹配为止；
然后，再用Shift+鼠标中键拖动，则可以把蛋白质拖动到磷脂双分子层的合适位置。
4.       观察
下面让我们来做一些简单的观察。
①       跨膜蛋白嵌在膜内部分和膜外部分柔性的比较
这可以通过对其B factor大小的图形化显示来完成：
# 越粗的线条表明B factor越大，即柔性越大
cartoon putty
可以看出，中间部分是最细的，越往两端越粗（柔性越大），这也与该蛋白的配体门控工作原理相符。

putty

② 查看蛋白中疏水性残基与亲水性残基的分布
# 选择所有的疏水性残基，并命名为hydrophobes
select hydrophobes, (resn ala+gly+val+ile+leu+phe+met)
# 以棒状模型显示这些疏水残基中除肽键以外的部分
show sticks, (hydrophobes and (!name c+n+o))
# 将疏水的残基标为橘黄色
color orange, hydrophobes
可以看出，组成β桶的疏水的疏水氨基酸残基其侧链多分布于桶的外表面；另外由于β折叠结构的特殊性，在这些β条带上疏水氨基酸和亲水氨基酸一般是相间分布的，疏水氨基酸残基的侧链伸向桶的外侧，而亲水氨基酸残基的侧链多伸向桶的内侧形成氢键等以维持该结构的稳定。
③ 导出图片
将当前的视图导出为图片通常是我们必不可少的一步，只有这样才方便与其他人进行分享。
# 取消侧链的显示
hide sticks;
# 使用彩虹色
util.chainbows(“1BY5”)
# 图片的渲染，并保存为600X400大小的图片
set antialias, 2
draw 600, 400
png result.png

picture

说明：写完这篇贴子的时候也觉得好像加个磷脂双分子层意义似乎并不大，大家就权当是欣赏一下这个效果吧。

活性小肽

2012.10.26

附件：

lipids.rar (292.79 KB, 下载次数: 88)

ziyuyuzi · 发表于 2015-7-28 13:42:16

最近开始学习pymol作图，属于刚入门级别，灰常感谢

永在追赶 · 发表于 2016-3-13 20:07:46

赞个呀，下载学习下。

西大-song · 发表于 2012-10-27 10:18:00

磷脂双分子层还是可以要的，能看到跨膜结构在双分子层中的位置，很不错，赞一个

大工大-Chemoinf · 发表于 2012-10-27 10:18:45

太好了，感谢

中科院-石头 · 发表于 2012-10-27 10:23:56

LZ的教程真是详细啊，辛苦了，给别人展示的时候，把图做细致和漂亮还是很有用处的

SYPHU_me · 发表于 2012-10-27 10:24:57

哇，好漂亮！到时候按照你的流程操作一下！

真心觉得好看！

浙医-中药筛选 · 发表于 2012-10-27 10:25:53

小肽，你真强啊{:soso_e179:}{:soso_e179:}

浙农林—老张 · 发表于 2012-10-27 10:31:59

{:soso_e179:}多几个这样的例子，pymol就能入门了

yyhsz04 · 发表于 2012-11-16 16:01:04

感谢分享 pymol做显示还是挺强大的

格桑梅朵 · 发表于 2013-1-3 13:28:16

想请教一下，膜是如何选择呢？

tanxijuan · 发表于 2013-4-4 16:45:04

赞一个，很漂亮的图

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