FFI0750 – BIOLOGIA MOLECULAR ESTRUTURAL Prof. Dr. Rafael V. C. Guido / Prof. Dr. Glaucius Oliva 

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AULAPRÁTICA1

VISUALIZAÇÃOEREPRESENTAÇÃOMOLECULAR

Osprogramasdisponíveispararepresentaçãomolecularvariamemfunçãodafinalidadedesejada.Porexemplo, as ferramentas necessárias para estudos cristalográficos não serão necessariamente asmesmasutilizadasparaespectroscopiadeRMN.Entretanto,asalternativasderepresentaçãomolecularseconservamtantoparamicroquantomacromoléculas,existindodiversasalternativas(e.g.,1D,2De3D).A sequência de aminoácidos de proteínas ou de ácidos nucleicos de DNA e RNA são normalmenterepresentadaspelocódigodeumaletra(1D).Tendoemvistaanecessidadederepresentarelementosestruturais mais complexos como estruturas secundárias (e.g., α‐hélices, folhas‐β), terciárias (e.g.,enovelamentos,domínios)equaternárias(e.g.,dímeros,trímeros,tetrâmeros)deproteínasutiliza‐semodosderepresentações3D.AFigura1apresentaasdiferentesalternativasderepresentaçãoparamicroemacromoléculas.

Figura1.Comparaçõesentreosníveisderepresentaçãomolecular.

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TutorialPymol

NestaaulapráticavamosutilizaroprogramaPyMOLparavisualizareanalisarestruturasdeproteínas.PyMOLéumaferramentaútilparaestudarproteínas,DNAeoutrasmoléculasbiológicas.

OPyMOLéumprogramaescritoemlinguagemdeprogramaçãoPython,queencontragrandeaplicaçãona visualização, interpretação e análise de dados estruturais. Além da elevada interatividade parausuáriosinicianteseavançados,oprogramapossuiumprocessoderenderizaçãorobustoedebaixocustocomputacionalquepermiteacriaçãodeimagenseanimaçõesdealtaqualidade.

VisãoGeraldoPyMOL

AoclicarduasvezescomomousesobreoíconedeinicializaçãodoPyMOL,duasjanelasabrirão:umadenominadainterfacegráficadousuário(GUIdoinglês,graphicaluserinterface)eoutradenominadajaneladevisualização(doinglês,viewer)(Figura2).Amanipulaçãodamoléculaemestudo,bemcomoaconfiguraçãodosmodosderepresentação,érealizadapelaGUI.Alémdisso,tantoaGUIquantoajanelade visualização permitem a entrada de comandos específicos através dos “terminais de comando”localizadosnaparteinferiordeambasasjanelaseidentificadospelapalavra“PyMOL>”.

Paraarealizaçãodessaaulapráticautilizaremososcomandospré‐configuradoslocalizadosnaGUIenajaneladevisualização.Ospassos,desdeavisualizaçãomolecularatéaobtençãodaimagemfinalemaltaqualidade, serão descritos detalhadamente. Para tanto, uma breve descrição das principais opçõesdisponíveisnaGUIejaneladevisualizaçãoéapresentadanapróximaseção.

Figura2.VisãogeraldoprogramaPymol.

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InterfaceGráficadoUsuário(GUI)–MenuInternoPainel lateral localizado no canto superior direito da janela devisualização que contém comandos pré‐ajustados.Nesse painel ousuário encontra comandos para executar as principais açõesnecessáriasparaarepresentaçãodemicroemacromoléculas.

o A=ação(doinglês,action)o S=mostrar(doinglês,show)o H=esconder(doinglês,hide)o L=legenda(doinglês,label)o C=cor(doinglês,color)

Oesquemaabaixoilustraosdetalheseopçõesdecadaumdoscomandospré‐ajustados.Obs.Asconfiguraçõesdasrepresentaçõespodemseraplicadasaobjetosespecíficos.

O painel lateral localizado no canto inferior direito da janela devisualizaçãocontémumadescriçãodetalhadadasfunçõesatribuídasaosbotõesdomousenomododevisualização(doinglês,viewing)edeedição(doinglês,editing).Alémdisso,naparteinferiordessepainelháfunçõespara a execução de animações e navegação entre objetos (e.g.,

),bemcomoumcomandodeacessorápidoparaarepresentação da sequência primária da macromolécula (e.g., , doinglês, sequence), um comando para chacoalhar (do inglês, rock) avisualização (e.g., ) e um comando para manter a janela devisualizaçãonomodotelacheia(e.g., ,doinglês,fullscreen).

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FunçõesBásicasdeVisualização

a. AcesseowebsitedoPDBnoendereçohttp://www.pdb.org;

b. Napartesuperiordajanelaemexibição,digiteocódigo“1SNC”nocampo“PDBID”;

c. NomenulocalizadonapartesuperiordireitadapáginadoPDB,baixeascoordenadascontidasnoarquivopdb.CliqueemDOWNLOADFILES>PDBFILE(TEXT)

d. NoPyMOL,abraoarquivopelaGUIdoatravésdomenuFILE>OPEN,selecionandooarquivopdbbaixado(e.g.,1SNC.pdb).

O arquivo PDB será carregado, e você verá as "linhas" representando a proteína (Figura 3). Nestarepresentação, cada ligação química é desenhada como uma linha e os átomos onde as ligações secruzam (vértices). Na representação padrão, os átomos de carbonos são indicados em verdes, onitrogênioemazul,ooxigênioemvermelho,enxofreemamarelo,efósforoemlaranja.Osátomosdehidrogênio são representados em branco, mas eles não são normalmente visíveis numa estruturacristalina.

Figura3.Estrutura3DdanucleassedeStaphylococcusindicadapelomodelosdelinhas.

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RepresentaçõesMoleculares

Oscientistasdesenvolveramváriosesquemasparaavisualizaçãoerepresentaçãodeproteínaseácidosnucleicos.Osprincipaisexemplossão:

Bastões: são semelhantes às linhas, contudo, eles são mais espessos, como os modelosmolecularesutilizadosemquímicaorgânica.

Esferas:nestarepresentaçãotodososátomossão indicadoscomoesferas,comraiosquesãocaracterísticosdeseusorbitais (s)deelétrons.Essarepresentação tambéméconhecidapeloacrônimo CPK, nomeado em homenagem aos pesquisadores Robert Corey, Linus Pauling eWalterKoltunqueforamosinventoresdessarepresentaçãomolecular.

Cartoons:nessarepresentaçãoosátomosdacadeia lateral são ignoradose linhassuavessãodesenhadasatravésdacadeiaprincipal,sejadaproteínaoudoDNA/RNA.Nessarepresentaçãohélicesalfaefolhasbetasãoindicadoscomofitasesetas,respectivamente.

Bastões Esferas(CPK) Cartoon

Figura4.Exemplosdasprincipaisformasdevisualizaçãoerepresentaçãodeproteínas.

SalveseusResultados

Depoisdeobterumaimagemadequada,faz‐senecessáriosalvarosresultados.NoPyMOLoestadodeamoléculajuntocomascoordenadaseobjetodelistagemsãosalvoscomoumarquivodesessão(.pse).Umasessãocontémtodasasinformaçõesnecessáriasparareproduziroobjetoeseleçõesqueestãonovisualizador,portanto,vocêdevesalvarfrequentementeumasessãoparaevitarperdertrabalhorealizado.Parafazerisso,acessenajanelaGUI:

FILE>SAVESESSIONAS

QuandovocêreiniciaroPyMOLvocêpoderácarregarestasessãoetodasasconfiguraçõesusadasserãorecuperadas.Levando‐seemcontaquealgumasimagensmolecularespodemlevartemposignificativoparaseremelaboradas,esserecursoéextremamenteútil.

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Renderização

Renderização é o processo pelo qual pode‐se obter o produto final de um processamento digitalqualquer.Esteprocessoaplica‐seessencialmenteemprogramasdemodelagem2De3D,bemcomoáudio e vídeo. O processo de tratamento digital de imagens consome muitos recursos dosprocessadores,epodetornar‐sebastante“pesado”.NoPyMOLquandoarepresentaçãoevisualizaçãoestãoconcluídas,ouemqualquermomentoquesequeirafazerumaaferiçãodequalseráoresultadofinal,pode‐serealizara"renderização"daimagem(Figura5).Paratantodigiteocomando:

RAY

Imagemnãorenderizada Imagemrenderizada

Figura5.Comparaçãoentreumaimagemnãorenderizadaerenderizada.

Uma vez que o processo de renderização pode levar um longo período de tempo, é fortementerecomendávelqueseexporteasimagensprocessadasaofinaldoprocesso.Paratanto,selecione:

FILE>SAVEIMAGEAS>PNG

Essecomandoexportaráaimagemnoformato.png,oqualéreconhecidoporpraticamentetodososprogramasdeediçãodetextoouapresentaçãodisponíveisatualmente.

OBS:vocêdeveexportara imagemimediatamenteapósoprocessoderenderização,poissehouveralteraçãodascoordenadasdevisualizaçãoarenderizaçãoseráperdida.Vocêpodesalvar imagensaqualquermomento,semanecessidadederenderização.Nestemodo,oprogramairácapturaraexibiçãoatualnajaneladovisualizador;noentanto,asimagensnãorenderizadasterãoqualidademuitoinferior.