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MD分子动力学模拟中的翻译后修饰(如乙酰化)处理流程

自学转方向生信人的MD操作经验分享,非大佬,硬核无广

自然生理状态下蛋白质残基(res)会形成多种翻译后修饰(PTM),如磷酸化、乙酰化、甲基化、糖基化、泛素化等。这些修饰会对蛋白质的稳定性、性能、互作结合能力产生影响,因此通过分子动力学(MD)模拟探究修饰的影响是每个做MD的人都会面对的。然而目前关于如何对目标模型进行PTM的介绍较少,本文将给出从PTM到选择力场到完成MD的完整可重复流程,希望朋友们刷到的时候能有所帮助。首先介绍一下可能完成修饰任务的软件及其优缺点:

(1)ChimeraX:简洁美观的现代结构可视化软件,我未找到实现修饰的手段

(2)CHARMM-GUI:适合CHARMM力场的预处理软件,但注册需审核,流程长且容易被驳回

(3)Vienna-PTM:专业PTM平台,基于AmberTool,目前网页版无法使用

(4)AmberTool:服务于Amber力场的插件,pdb2gmx时脚本调用

(5)PyTM:pymol插件,python命令集功能齐全,具有图形界面,本文主要介绍

pyTM安装流程:

打开pymol,Plugin –> Plugin Manager –> Install New Plugin,URL区域输入https://raw.githubusercontent.com/Pymol-Scripts/Pymol-script-repo/master/plugins/pytms.py,点击Fetch安装,之后通过Plugin –> Legacy Plugins –> PyTMs可打开图形界面

PyTM使用流程:

以我在做的TUBA蛋白K40乙酰化为例,在pymol下方命令行依次逐条输入以下命令:

# 加载结构
load your_model.pdb

# 选择残基(依次为 命名,链名,残基号,残基名)
select k40, chain A and resi 40 and resn LYS

完成上述流程后打开PyTM,如图设定即可:

注:Position为了避免N端乙酰化我们选择Lysines only;clashes项是消除原子冲突的,在MD过程会涉及选择NO即可;Hydrogens保持as is;最后一项不勾选quiet,这是静默输出的意思

检验:

在pymol命令行逐行输入以下命令:

# 注意此时resn为ALY
select k40, chain A and resi 40 and resn ALY

# 查看LYS是否在N原子上连接了CO-CH3
show sticks, chain A and resi 40

# 遍历k40现在的原子,应该为12个重链
iterate chain A and resi 40, print(name, resn)

#输出如下,末尾的三个原子是新添加的,该写法是标准的,并非羟乙基
# N ALY
# CA ALY
# C ALY
# O ALY
# CB ALY
# CG ALY
# CD ALY
# CE ALY
# NZ ALY
# CH ALY
# CH3 ALY
# OH ALY

ALY图示,以我的K40乙酰化为例:

MD模拟选择:

适配CHARMM36力场,逐步在GROMACS环境下配置即可

文章暂未完成,会尽快更新

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