Visualização da estrutura de proteínas: introdução ao PyMOL

Olá pessoal! No post de hoje iremos fazer uma introdução básica sobre a ferramenta PyMOL, um visualizador de estruturas que permite diversas funções, muitas delas essenciais para obter um trabalho confiável!

Instalação:

Existem duas versões de instalação do PyMOL: a versão paga e a versão educacional, que contém alguns recursos a menos, mas particularmente sempre serviu muito bem. Para obtê-la é necessário apenas preencher um formulário e aguardar confirmação pelo e-mail (institucional), e será a versão utilizada neste tutorial.

Carregando uma estrutura: File->Open.

Pode-se utilizar a própria interface do programa e navegar pelas pastas do computador até encontrar os arquivos .pdb obtidos do bancos de dados (RCSB PDB). Outra opção é utilizar a linha de comando; os comandos podem ser acessados com a tecla tab na janela de ferramentas do programa.

Painel à direita do visualizador. É possível selecionar a forma de visualização da estrutura, assim como de suas características

Visualizando a molécula: ao abrir o PyMOL, a estrutura será mostrada no estilo lines, que geralmente dificulta uma análise macro. Isso pode ser facilmente alterado utilizando o botão S (show) e H (hide). Por exemplo, clique em S -> cartoon e H -> lines para manter toda a visualização em cartoon. Show as leva ao mesmo resultado, sem precisar utilizar o botão H (pois as opções utilizadas em S se sobrepõe).

— Label: mostra qual é o nome da sua seleção, seja ela átomos, resíduos, cadeias, raio das forças de Van der Waals, entre outros.

— Color: na minha opinião, é o recurso mais legal e o primeiro que aprendi. É possível colorir por tipo de estrutura secundária, elemento ou por seleção manual da região escolhida. Aqui vou deixar vocês se divertirem!

Funcionalidades do botão Action

— Ações na molécula (A): pode-se aproximar a molécula (zoom), centralizá-la, marcar hidrogênios, renomear objetos e remover águas. Em caso de ter selecionado parte da molécula (sele), é possível excluir esta e até a molécula toda.

• O botão preset tem funções de visualização muito importantes, como demonstrar visualmente características dessa estrutura: o valor de temperatura (B-factor), a cadeia de carbonos (simple) ou estilo ball and stick, sítios de ligantes (caso a molécula esteja com o ligante no mesmo arquivo), entre outros.
• O botão find permite encontrar ligações polares de diversos tipos, como entre quaisquer átomos na estrutura, na cadeia principal, apenas no ligante, etc.
• Se houver outra molécula carregada na mesma janela, é possível alinhá-las através de align e obter o valor do RMSD entre as duas.
• Já compute fornece opções para cálculo do número de átomos, cargas totais e parciais, área disponível ao solvente, entre outros.
• Todos esses resultados aparecem na janela ‘External GUI’, onde está a linha de comando e omenu de tarefas.

Além disso, ainda existe um pequeno painel no canto direito da tela chamado Mouse Mode. O padrão é 3-button viewer, significa que cada botão do seu mouse está programado para executar uma ação sobre a estrutura.

• L, M, R e Wheel referem-se aos botões direito, meio, esquerdo e rolagem, respectivamente.
• Ao utilizar estes botões com alguma tecla (shift, ctrl, ctrl+shift, single click ou double click, respectivamente) uma ação será correspondente. Por exemplo, ao clicar uma vez (snglclk) com o botão direito, é acionada a função zoom (para mais ou para menos). Já clicando duas vezes com o mesmo botão (dblclk), abre a função menu.
• Nesse menu pop-up, temos as opções orientar, centralizar, resetar, adicionar como cena (no caso de fazer um filme) e outras opções relacionadas à seleção de regiões ou átomos.
• State é uma conformação particular de um objeto. Por exemplo, pode-se carregar um conjunto NMR e definir all_states ou usar o comando Split_States para ver todas as entradas no arquivo NMR; o mesmo funciona para dockings.

Recomendo ir testando cada uma destas funções!

• Em Selecting, vemos que nosso mouse está configurado para selecionar resíduos inteiros. Isso pode ser modificado, de acordo com sua necessidade, para selecionar átomos, carbonos alfa (C-alpha), cadeias, segmentos, objetos ou moléculas inteiras.

Temos diferentes funcionalidades no menu de tarefas localizado junto à janela externa (‘External GUI’).

• Em file, é possível salvar imagens .png, a sessão atual que está sendo utilizada, salvar sua molécula em .pdb com todos os estados de um objeto ou cada um deles separadamente, entre outros.

• Em display, pode-se trocar a cor de fundo para branco para salvar imagens em background e visualizar a sequência de aminoácidos acima da molécula em sequence.
• Em wizard, é possível medir distancias entre átomos (measurement), trocar resíduos de posição (mutagenesis), calcular cargas de atomos específicos (charge) e outras muitas opções.

A melhor dica para utilizar o PyMOL com confiança é: vá testando as funcionalidades, utilize uma molécula de um tutorial disponível na internet e tente reproduzir. Existem vários exercícios em português disponíveis para testar suas habilidades.

Lembrando que na versão educacional muitas ferramentas não estão permitidas, como salvar vídeos e figuras em alta resolução para publicações (utilizando Linux existem ferramentas para isso). Além disso, sua molécula pode estar em uma configuração que não permita determinada funcionalidade (você deve prepará-la para aquela análise).

• Por exemplo, você quer encontrar o sítio de ligação de um ligante, porém ainda não realizou o docking ou não existe um ligante na molécula que você baixou no RCSB PDB: você não conseguirá visualizar sítio de ligação utilizando ‘preset -> ligand sites’.

Todas as dicas que demos aqui podem ser feitas tanto pelo External GUI (linha de comando) quanto pelos botões da interface. Algumas funcionalidades não são executáveis nesta última e e exigem comandos; para isso, pode-se acessar a documentação de referência de comandos ou o PyMOLWiki, que foram também referências deste artigo.