Tutorial de RasMol sobre
Proteínas y DNA

Original Eric Martz
Traducción, Comentarios e Ilustraciones Janneth Vásquez

a
a
Antes de iniciar:
 
 

Inicio :
 

En el primer caso el comando estará precedido de la letra M. Los comandos se indican separados por (;) En la Línea de Comandos deben escribirse manteniendo la sintaxis indicada, en líneas separadas para cada comando seguidas por enter.
Para modificar la posición y el tamaño de la molécula consulte :
 :
 Utilidades del ratón

 
 
 

Capítulo 1
Preguntas & Respuestas sobre 1d66.pdb



¿Cuántas cadenas tiene 1d66.pdb?
 
reset; rotate z 90; zoom 150; rotate y 40
Menú Display - Backbone

En el Menú Display puede cambiar la representación de la molécula. En la opción "Backbone" se representa la molécula como una línea trazada entre los átomos que forman el enlace peptídico para las proteínas o como una línea de unión entre los grupos de azúcar fosfato para los ácidos nucléicos.

M Colours - Chain

Ahora cada cadena aparece en un color diferente. Al dar click sobre cada Cadena en la Ventana de la Línea de Comandos aparece el código ID del átomo correspondiente con su ubicación dentro de cada cadena del archivo PDB.

 

¿Existe algo en el archivo PDB diferente a Proteína y DNA?
 
 
select hetero;  M Display - Spacefill
espacio
Con la opción "Select Hetero", se visualizan los átomos de oxígeno asociados al cristal de la molécula.
espacio
M Colours - CPK
espacio
En el Menú Colours es posible modificar el color de la representación de la molécula. El esquema de Colores Cpk asigna un color a cada elemento químico. Encontrará una descripción detallada de los colores en el Manual de RasMol:
espacio
Sección Colores y Esquemas de Color.
espaci
restrict not water
espacio
Este comando oculta las moléculas de agua. Al dar click sobre los átomos hetero se obtiene su identificación en la ventana de la Línea de Comandos. En los archivos PDB puede encontrarse algunas ambigüedades en la designación de los átomos, así CD puede hacer referencia a un Carbono Delta o a un átomo de Cadmio.
espacio

 

¿Dónde se encuentran los aminoácidos hidrofóbicos?

 
select hydrophobic; color magenta; wireframe 0.4
espacio
Observe la amfipaticidad de las a- hélices. El diámetro de las representaciones moleculares de RasMol puede modificarse con un valor numérico luego del comando, en este caso "wireframe 0.4", que indica un diámetro en los enlaces de 0.4 angstróms.
espacio
select not water; M Display - Spacefill; M Options M- Slab mode
espacio
Con la opción "Slab" se realiza un corte en el eje  z sobre la molécula de manera que sólo se observan las regiones ubicabas por detrás del plano de corte. Esta representación permite visualizar la disposición de los residuos al interior de la molécula. Al mover con el mouse la molécula es posible cambiar la porción de la molécula por detrás del plano de corte y observar la ubicación de los aminoácidos hidrofóbicos.

 

¿Qué residuos están próximos a los átomos de Cadmio ?
 
 
M Options - Slab mode


Desactive el modo slab

M Edit - Select All

M Display - Backbone; M Colours - Chain
select cd; M Display - Spacefill; M Colours - CPK
select within(2.6, cd)

Este comando selecciona todos los átomos ubicados 2.6 Angstróms alrededor de los iones de Cd+2

M Display - Spacefill; M Colours - CPK

Al dar click sobre estos átomos se conoce su identidad

 

¿Cómo guardar esta representación ?
 
 
save script imagen1.spt;
M File - Close
Para volver a la imagen guardada :espacio
script imagen1.sptespacio

 

¿Cómo encontrar los segmentos en a-hélice y en hoja plegada b?
 
 
M Edit - Select all; M Display - Backbone; M Colours - Structure
El esquema de RasMol Color Structure, asigna color según la estructura secundaría. Así, las alfa hélices aparecen magenta, las hojas beta en amarillo, los segmentos turn en azul y el resto de la proteína en blanco.
structure; M Colours - Structure.
select protein, M Display - Cartoons

Observe la aparición de los segmentos "Turns".

 
 

¿Cómo encontrar la distancia entre dos átomos?
M Display - Spacefill; set picking distance
espacio
Ahora al dar click sobre dos átomos, en la ventana de la Línea de Comandos aparece la distancia entre ellos en angstróms. Para marcar la distancia en la ventana principal use el comando:
espacio
set picking monitor
espacio
Nuevamente click sobre dos átomos, esta aplicación puede funcionar mejor con un fondo blanco de la pantalla. Observe entonces con:
espacio
background white
set picking ident
espacio
Esta opción habilita la propiedad de RasMol de identificación de átomos al dar click sobre ellos. Con "Set picking" pueden medirse ángulos  y torsiones. Consulte las aplicaciones de este comando en el Manual:
espacio
Sección Parámetros Internos

 
¿Cómo encontrar los puntos de interacción entre la proteína y el DNA?
reset; M Display - Backbone;
color green; rotate z 91; translate y -17; zoom 200
select dna; color white; spacefill; center selected
select dna and backbone; color yellow
espacio
Aquí Ud., puede observar el DNA con el eje de azúcar fosfato en amarillo y los pares de bases en blanco y puede observar el esqueleto de la proteína como una delgada línea verde.
espacio
select within(3.1, dna) and not dna
espacio
Si Ud. omite la expresión "and not dna" seleccionará también el DNA. Luego de este comando Ud. habrá seleccionado sólo 35 átomos.espacio
dots
espacio
El comando dots, permite la representación de la superficie de Van der. Waals de los átomos seleccionados.
Ahora oprima la fecha hacia arriba de su teclado, de forma que aparezcan los comandos usados, hágalo hasta la línea del comando "within" y al final agregue "and not water" al dar enter 19 átomos deben ser seleccionados. 
espacio
spacefill 1.2
color blue
Ahora los átomos que unen la proteína se visualizan como pequeñas esferas sólidas con una superficie dots.Mientras que los átomos de oxígeno de las moléculas de agua se visualizan como esferas rojas.espacio 
select within(3.1, protein) and dna; color cpk

 
 
¿Cómo visualizar el interior de la molécula?
Precaución: no mueva la molécula durante este numeral.espacio
reset; M Edit - Select All;
M Display - Spacefill; M Colour - Chain.
rotate x 83; zoom 200
M Options - Hetero Atomsespacio
Desactive la opción heteroátomosespacio
select dna; color cpk;
M Options - Slab Mode
espacio
Active el modo Slab. La mitad de la molécula ha sido cortada en el plano z, ahora sólo es posible visualizar lo que se encuentra por detrás del plano de corte
espacio
set slabmode section
espacio
Ahora sólo se muestra la porción cortada de la molécula, entre los planos del corte, todo lo que se encuentra por detrás o por delante del plano de corte es ocultado.
espacio
slab 76
espacio
Ud. puede ver un par de bases GC, haga cortes en el plano para localizar los tres puentes de hidrógeno, entre este par de bases.
espacio
slab 68
espacio
Qué es esto? Utilice el mouse para mover el plano de corte del slab (oprima Ctrl, y luego click hacia arriba y hacia abajo). Puede encontrar algún par de bases que no corresponda a las leyes de apareamiento de Watson & Crick?. La respuesta al final de este tutorial.

 
 

Controlando la representación molecular de RasMol
 

¿Cómo rotar la molécula alrededor del DNA?
reset; restrict dna; rotate z 90; zoom 200
espacio
Trate de rotar la molécula alrededor de la doble hélice del DNA (utilice el mouse). Observe como el DNA sube y baja según la molécula rota alrededor de su centro de gravedad, incluyendo a la proteína.
espacio
center selectedespacio
Ahora rote nuevamente la molécula y observe la diferencia en el movimiento de rotación.
espacio

 
¿Cómo obtener diferentes representaciones del mismo átomo?
restrict :d; M Colours - CPK
espacio
La expresión ":d" es un indicador de cadena, así, el comando "restrict :d" hace que RasMol muestre solamente los átomos ubicados sobre la cadena D del archivo PDB.  Encontrará mayor información sobre las expresiones de selección o restricción en el Manual de RasMol :espacio
Sección Expresiones Atómicas.
espacio
M Display - Backbone, M Display - Ball & Stick
espacio
Observe que cuando se emplea el Menú de Herramientas para cambiar la representación de la molécula cada modelo inactiva el anterior, a diferencia de cuando se asigna la representación por comandos, en este caso cada nueva representación se agrega a la ya establecida, de forma que es posible combinar modelos sobre una misma región seleccionada de la molécula.
espacio
backbone 1.0
espacio
La representación en "Sticks" es la misma representación en "wireframe" sólo que con un diámetro mayor de los enlaces. La representación en "Balls" es una representación en "spacefill" a la que se asignan el mismo radio para todos los átomos. Observe ahora con:
spacefill off; wireframe 0.5; wireframe 0.1; spacefill 0.3; backbone 0.1; zoom 500

 
¿Cómo marcar los átomos?
set picking label
espacio
Haga click sobre algunos átomos.
espacio
label off; set picking ident
espacio
Para marcar un átomo, este debe seleccionarse primero, entonces haga click sobre el átomo que desee marcar y observe cuál es su número ID, el número de la átomo en la molécula, por ejemplo:
espacio
        CA    1197    Group   Arg    60    Chain A
espacio
Significa que el átomo corresponde al Carbono Alfa - Número 1197, que pertenece al residuo de Arginina 60 de la Cadena A . Entonces para seleccionarlo
espacio
select atomno=1197; label "Este es mi atomo"
Es posible cambiar el tamaño de la fuente en un intervalo de 1-32 (pixeles) y el color del texto. Utilice para ello:
espacio
set fontsize 20
color labels white;
label off

 

Capítulo 2
Explorando la Molécula de su interés.


Antes de iniciar:
 


 

¿Cuántas cadenas posee la molécula?
 
 
M Display - Backbone; M Colour - Chain
espacio
En cualquier momento usted puede restringir la visualización a una o varias cadenas del archivo PDB. Para identificar las cadenas debe hacer click sobre los átomos y obtener su identificación ID. Por ejemplo para ocultar todas las cadenas excepto la B y D, use el comando
espacio
restrict :b or :d .
espacio
Para restablecer la visualización de todas las cadenas.
espacio
M Edit, Select allespacio
Si prefiere trabajar sólo con una parte del archivo PDB puede ser útil hacer una copia del archivo PDB sólo con los segmentos de su interés. Para hacerlo debe seleccionar los átomos, cadenas, residuos o ligandos en RasMol con el comando "select" y luego guardar el nuevo pdb con el comando:
espacio
Save nuevo.pdb
espacio
Abra entonces el nuevo PDB en el menú File - Open,. tenga en cuenta que en RasMol sólo puede cargar una molécula a la vez, por ello debe cerrar el PDB inicial.

 

¿Hay algún Ligando en la molécula?
 
 
select hetero; M Display - Spacefill; M Colour - CPK
espacio
Haga click sobre las moléculas hetero para obtener el código de residuo ID de tres letras. En algunos archivos PDB puede encontrarse información sobre los ligandos presentes, utilice un editor de texto normal como Word o el Bloc de Notas para abrir el archivo.
espacio
En algunas ocasiones la visualización del archivo puede ser obstruida por los átomos de oxígeno de las moléculas de agua asociadas al cristal de la proteína (Recuerde que los hidrógenos no son resueltos por Difracción de Rayos X). La mayoría de estas moléculas de agua se difunden aleatoriamente en el cristal haciendo que la representación de la molécula sea confusa. Por ello es conveniente restringir la visualización a los átomos que hacen parte de la proteína, usando el comando:
espacio
restrict not water .

 

¿Cuál es la Estructura Secundaria?
M Display - Cartoon; M Colour - Structure
espacio
El esquema de RasMol Color Structure, asigna color según la estructura secundaría. Así, las alfa hélices aparecen magenta, las hojas beta en amarillo, los segmentos turn en azul y el resto de la proteína en blanco.
espacio
Algunos archivos PDB tienen registros para la estructura secundaría de la proteína denominados HELIX y SHEET, si esto ocurre RasMol obedece estos segmentos, pero si el archivo PDB no específica la estructura secundaría, el comando "structure" lo obliga a determinarla mediante la utilización de algoritmos apropiados.

 

¿Dónde se encuentran los extremos N y C-Terminal?
 
 
M Colour - Group.
espacio
La representación en "Backbone" es la más apropiada para este numeral. Con el esquema de Colores Group
cada cadena es coloreada desde el extremo azul, cambiando en el orden de los colores del arco iris, al verde, amarillo y naranja hasta rojo en su otro extremo. Si la molécula se observa en azul use la opción:
espacio
M Options - Hetero atoms
espacio
Desactive la visualización de los heteroátomos, luego nuevamente
espacio
M Colour - Group.
espacio
Aquí una forma mnemotécnica para recordar el significado de la escala de colores en el esquema Colour Group
espacio
    • Blue = cold = old (N terminal de la proteína, extremo 5' del ácido nucléico) 
    • Red = hot = new  (C terminal de la proteína,  extremo 5' del ácido nucléico) 
    • El extremo Amino Terminal tiene el color CPK azul del nitrógeno y el extremo Carbóxilo Terminal tiene el color CPK rojo del oxígeno. 

 

¿Dónde están las cadenas laterales de los residuos hidrofóbicos?
M Edit - Select All; M Display - Spacefill
select protein; color [180,180,180]
select protein and backbone; color [100,0,100]
select protein and not (backbone or hydrophobic); color magenta
espacio
El comando "color" puede utilizarse especificando el color deseado con el nombre en inglés o con el código RGB, que consiste en una combinación de valores numéricos, en escala del 0 al 255, de los colores, rojo, verde y azul. De esta forma pueden combinarse los valores para obtener una gama de 256 colores.
Para completar su visualización , puede usarespacio
select not protein; color greenblue
espacio
A los átomos que conforman el "Backbone" o el eje de la proteína usualmente se les asigna un color magenta oscuro indicando que son débilmente hidrofóbicos. Los grupos R de los aminoácidos hidrofóbicos son grises para indicar su alto contenido de carbono. Los grupos R de los residuos cargados y/o polares se muestran en magenta brillante indicando su naturaleza hidrofílica. El magenta es usado para representar un mezcla de partes iguales de rojo y azul (según la carga, rojo para O=positivo y azul=N negativo).
espacio
Los largos segmentos de cadenas laterales hidrofóbicas en la superficie de una proteína, indican que estas regiones pueden hacer contacto con moléculas diferentes al agua, como por ejemplo en la interacción de subunidades de una proteína multimérica o proteínas que están unidas o rodeadas por lípidos.

¿Dónde están los Puentes Disulfuro?
 
 
M Display - Wireframe; ssbonds 0.8
espacio
Los puentes disulfuro se visualizan ahora como cilindros con un radio de 0.8 Angstróms. El color de la representación puede cambiarse con los comandos:
espacio
color ssbonds yellow.
espacio
La primera vez que se usa el comando se reporta el número de puentes disulfuro de la molécula: si no se observa ninguno posiblemente se debe a que en la región seleccionada no se encuentra ninguno de los residuos de Cistina. La solución es entonces :
espacio
M Edit - Select All .
M Display - Backbone; M Colour - Chain
espacio
Ahora sólo se observan los carbonos alfa en los residuos de Cisteínas que forman puentes disulfuro. Los puentes de disulfuro, por defecto se trazan entre los átomos de azufre, y estos no se observan con la representación en Backbone, para evitar que los puentes se observen flotando entre las cadenas de proteína y observarlos desde el eje de la molécula:
espacio
set ssbonds backbone.

 

¿Dónde están los Puentes de Hidrógeno?
 
 
M Edit - Select All; M Display - Backbone; M Colour - Structure
restrict helix; backbone 0; hbonds 0.5; color hbonds white
espacio
RasMol mostrará solo los puentes de hidrógeno entre los átomos del enlace peptídico, omitiendo los que se forman entre las cadenas laterales, los ligandos , los sitios de unión, etc. al igual que los puentes disulfuro, los de hidrógeno se representan flotando entre los ejes "backbone" de la proteína, pero pueden trazarse desde los carbonos alfa de cada residuo con el comando
espacio
set ssbonds backbone
ssbonds off
espacio
Ahora repita la secuencia anterior de comandos pero reemplazando la restricción de las hélices por la de las hojas beta, use por ejemplo
espacioespacio
restrict sheet  como también
restrict not (helix or sheet).
espacio

 

¿Dónde están los Puentes Intercatenarios? Los puentes entre Ligando-Proteína?
Para encontrar los puentes de hidrógeno entre motivos estructurales, debe usarse el comando "within" como se hizo en el ejemplo del archivo 1d66.pdb. Un puente de hidrógeno tiene una longitud  de 3.0 Angstróms entre los átomos donor y aceptor por ejemplo N y O, tomando en cuenta 1.0 angstróm del enlace covalente del hidrógeno y 2.0 angstrom del puente de hidrógeno. Entonces una distancia de 3.0 ó 3.2 angstróms  es apropiada para el comando "within". Los puentes hidrófóbicos (carbono) tienden a ser más largos, hasta de 4.0 Angstróms.


El apareamiento incorrecto del numeral 10, slab 53 corresponde la posición C28. No existe razón para creer que la posición de este residuo se deba a una interacción inusual con los residuos cercanos, ni a que este resíduo no obedezca las leyes de apareamiento postuladas por Watson & Crick.

La única explicación es que no hay que creer todo en un archivo PDB, sólo porque a un átomo el archivo asigne una posición precisa dentro de la molécula, no significa que esta posición sea correcta.


 
 

RasMol y Chime