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YASARA-多功能分子模拟软件介绍

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发表于 2013-11-14 23:01:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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YASARA软件介绍-Bioms Group 更新by Hao Zhou

重要消息:Bioms团队取得了YASARA软件在中国的代理权,负责和广大的中国用户进行交流,沟通与软件推广。为此,我们bioms论坛专门开辟了YASARA IN CHINA社区,与大家进行所有关于YASARA的交流。希望大家多多了解这一好用的软件,并提出更多对于功能的期待!
                                                                                    YASARA 授权书
authorized-yasara1.png

                        

第一章 绪   论

1.1 分子模拟的应用价值
    从应用的角度来考虑,我们论坛做分子模拟的童鞋一般涉及酶催化领域和药物设计方向。那么分子模拟一般包含了几项常见的内容:
1.当我们获取到了一个蛋白的一级序列的时候,可能需要利用同源模建去构建蛋白质的三级结构,用于进一步的结构-功能关系研究。
2.如果我们从事的酶催化剂的开发或者药物分子/抑制剂的筛选,很多时候我们需要去模拟小分子和大分子的相互作用,这时候就需要俺们去做分子对接啦~
3.对于打算做“高端大气上档次”文章的童鞋,很多都会在做完分子对接后考虑做分子动力学模拟,以进一步的研究受体和配体结合时候的动态变化过程。这时候你就可以去研究配体的结合能啦~~氢键盐桥的稳定性啦~~~等等动态的信息啦。
更为详细的内容可以看看偶以前发的帖子啦
http://bioms.org/thread-358-1-1.html

1.2 常用的分子模拟软件
    当大家了解到了分子模拟的用途之后,其实一个很实际的问题就是我该选择什么的软件。大体来说,现有的分子模拟软件有专门的同源模建软件和网站(比如Modeller, SWISS-MODEL等等),分子对接软件(AutoDock、Dock、MVD等),分子动力学软件(Gromacs, Amber, Charmm、NAMD等)。也有分子模拟平台,如DS、Sybyl、Schrodinger等大型软件。楼主年轻的时候,曾经到国内科研院所做过一次关于酶设计的报告,这次把相应的PPT放上和大家一起交流,希望让更多的初学者能够了解到分子模拟的各个阶段可能涉及到的软件。
    由于免费软件的使用大多在Linux系统,或者对于Windows系统支持不好,没有GUI界面等,导致大家觉得分子模拟入门非常困难。此外,中国软件代理商昂贵的分子模拟软件价格,使得只有少数有经费的实验可以使用上。此两种原因给分子模拟入门制造了很高的门槛,把很多对分子模拟有兴趣的朋友挡在了门外。
    为了让新手都能顺利的入门,笔者向大家详细的介绍一款多功能分子模拟商业软件YASARA (其学术版价格非常便宜,以致每个分子模拟实验室都能使用得起)。对于从事分子模拟的童鞋们来说,很多人可能都木有听说过YASARA软件的名字。。。哈哈~在一个偶然的机会下,偶们BioMS团队接触到了这个软件(官方网址http://www.yasara.org/)。从此,被他森森的吸引了。。。。为了让大家更快的了解这一软件,我们打算给大家简要的介绍一下YASARA的软件的由来,模块组成以及对应的特色功能。

第二章 YASARA软件简介

2.1 YASARA软件的由来
    YASARA(Yet Another Scientific Artificial Reality Application)软件,是由奥地利格拉兹大学的Elmar Krieger开发并逐步发展的。1997年,YASARA的开发成为了Elmar的硕士软件题目。2000年,Elmar开始就读Prof . Gert Vriend的博士,并在此过程中进一步的完善YASARA软件。2002年,Elmar成立了YASARA Biosciences公司,开始YASARA的商业化推进过程。2003年,YASARA开始和WHAT IF合作,使得WHAT IF 变得更易于操作。2006年,YASARA开始和Spronk NMR咨询公司合作,开发自己的NMR模块。至此,YASARA软件基本成型。
2.2 YASARA软件的基本模块
   YASARA发展到今天,已经具有了5个基本模块(YASARA View, YASARA Model, YASARA Dynamics, YASARA Structure, YASARA NMR Module)和一个扩展模块(YASARA/WHAT IF Twinset)。
YASARA View: 基本的可视化模块,是一个完全免费的模块。
1. 支持linux, mac和windows系统。
2. 支持超过70种的分子格式(需要Openbabel的支持)。

3. 可以快速的载入多个PDB结构或者特别大的PDB结构(速度为其他图形化软件的35倍以上)。在联网的情况下可以直接下载PDB数据库里(PDB, PDB_REDO)的结构文件。比如图1中的50S核糖体亚基(98569 个原子),在偶自己的小破电脑上也能迅速的打开~~
225732lsmsp1j0uskekkjp.jpg


4. 可以实现蛋白结构以及配体结构的叠合(YASARA Model及以上),并给出对应的RMSD。
其他还有众多功能,比如利用python语言扩展YASARA的功能等等,在这边就不一一介绍啦~~
可以在YASARA官网直接下载获得,下载地址:
http://www.yasara.org/viewdl.htm

YASARA Model: YASARA View+结构分析功能
其实感觉这个模块挺尴尬的,在免费的View模块上加了一些简单的结构分析功能,就变成了一个新的模块啦~哈哈
1.可分析蛋白和配体的氢键,疏水相互作用,π-π共轭以及离子-π共轭作用。
2.可以交换蛋白质结构的部分结构 (比如特定的loop) 或构建融合蛋白。
3. 可以根据自定义的pH,给出特定有机分子的合理结构。
这个功能还是挺实用的啊~比如我们提交一个特定的配体的时候,可能并不是特别清楚它在pH为特定值,比如6.5下、7.5下的质子化状态。那么YASARA  Model以上的模块都支持自定义pH值,随后生成对应pH下的配体结构。
4. 显示和计算范德华表面,分子表面以及溶剂可及性表面。

YASARA Dynamics: YASARA Model+分子动力学模块
当YASARA Model已经满足不了你的需求的时候,你需要YASARA Dynamics。
1. YASARA支持的力场包括常用的AMBER力场(94, 96, 99, 03)以及YASARA改进的YAMBER(1,2,3)力场,还有YASARA自身开发的NOVA力场
2. 一键MD:(包含金属酶)
这个是对于模拟新手来说最实用的技能啦~通过预设的脚本,YASARA可以实现快速的设置蛋白起始结构,预测各个残基的pKa值,指定配体质子化状态以及自动加抗衡离子。最重要的是:它可以自动生成小分子MD时的拓扑文件(利用内置的全自动力场参数分配程序,基于通用AMBER力场)。电荷分布采用半经验的QM点电荷计算方法(AM1BCC或者AutoSMILES)。
3. 膜蛋白的快速MD过程:
这个对于做膜蛋白的童鞋们来说是大大的福音啊~~在常用的MD软件中,初始结构小的设置错误就会导致体系的奔溃。YASARA为此提供了一套完整的模拟流程,只需要提供你的膜蛋白初始结构,一切就由YASARA搞定啦~~
4. 构建寡糖单元:
这个对于配体为糖分子的童鞋来说,又是一个实用的技能嘞~

YASARA Structure: YASARA Dynamics+对接模块+同源模建模块
笔者感觉这个模块是最合适的啦~基本上我们需要的功能这个模块都包括啦~哈哈
1. 小分子对接:
YASARA的对接模块目前支持修改版的AutoDock, AutoDock Vina, FlexX(FlexX软件考虑诱导契合,但是需要另外付费购买!)。这里的改进版的AutoDock支持并行计算以及蛋白系综对接(根据MD结果把蛋白构象分类,把不同分类的蛋白与小分子一一对接)。还是很实用的说~~!
2. 可以使用额外的新力场,YASARA以及YASARA2。
这两个力场加入了很多基于经验的组成部分,可以对蛋白结构进行更精确的修饰或者预测。
3. 一键同源模建:
这个功能笔者自己非常喜欢。与常用的免费同源模建软件比起来,YASARA自身的同源模建模块可以自动的实现多模板搜索与比对,杂合建模等功能。同时结合自身的基于经验的loop modeler可以实现高精确的自动化同源模建。可方便的进行多聚体建模,包含辅因子及配体的同源模建等等。从此同源模建一键搞定喽~妈妈再也不用担心我的同源模建啦~
4.可以对实验获得结构以及模型进行进一步的验证:
利用基于力场能量以及Z-score的得分,去验证配体和蛋白质的结构的合理性。这个与其他软件的区别就在于他能同时评价配体的结构是否合理,这点对于药物设计具有一定的意义。
5. 离子结合位点的预测与可视化
这一功能对于做离子通道蛋白或其他需要考虑离子-蛋白相互作用的同学来说就很有用啦~~比如Ca2+, Mg2+, K+等等喽~
YASARA NMR Module
这个模块笔者自己也木有用过,因为感觉不怎么用的到。但是专业人士可能需要使用,这个模块是利用实验测定的NMR数据来获得蛋白质结构的。笔者木有解过NMR的结构,所以对这个模块了解的也不多~哈哈
WHAT IF/YASARA Twinset:
这个扩展模块实际是基于YASARA Dynamics以及Structure的WHAT IF。WHAT IF 本身是一个广泛用于结构模建以及验证的程序。但是使用界面对于新手来说不是特别友好。这个Twinset实际上就是利用了YASARA的界面,图像引擎以及宏语言,使得WHAT IF 用的更为顺手。需要说明的是,如果学术用户购买了YASARA Dynamics以及Structure,这个Twinset是可以免费获得的。
特色插件:FoldX plugin
除了以上的模块,YASARA也可以作为一个平台,用于移植众多的插件,笔者接触过的比较实用的就是FoldX 插件啦~
FoldX是一款基于经验力场的蛋白设计软件,它可以计算点突变的能量变化,运行丙氨酸扫描,蛋白质-蛋白质结合能以及蛋白质-DNA结合能计算以及同源模建。而FoldX本身是基于命令行运行的。那么Switch lab开发出了基于YASARA的FoldX图形化界面,可以实现FoldX的绝大多数功能。

该贴会继续更新~大家对YASARA感兴趣的也可以更贴提问哈~欢迎交流~~
2014年1月9日更新:新建YASARA用户交流群346550663~欢迎大家申请加入哈
发表于 2013-11-14 23:43:12 | 显示全部楼层
嗯哼,跪求
发表于 2013-11-15 00:16:30 | 显示全部楼层
先定一套耍耍哈。
 楼主| 发表于 2013-11-15 00:20:17 | 显示全部楼层
发表于 2013-11-15 05:00:43 | 显示全部楼层
浙农林—老张 发表于 2013-11-15 00:16
先定一套耍耍哈。

感谢张哥支持
发表于 2013-11-15 05:01:17 | 显示全部楼层
阿里辛苦啦
发表于 2013-11-15 10:37:31 | 显示全部楼层
力挺啊,计算能力不错,界面简易,功能全,价格好
发表于 2013-11-15 12:24:49 | 显示全部楼层
来一套
发表于 2013-11-15 13:40:58 | 显示全部楼层
可以向老板推荐一下 哈哈
发表于 2013-11-15 14:51:52 | 显示全部楼层
支持,群里终于有自己代理的产品了!
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