Zpracování informací a vizualizace v chemii
(C2150)
1. Úvod, databáze molekul
● Přednášející: Martin Prokop
● Email: martinp@chemi.muni.cz
● Pracovna: INBIT/2.10 (v dubnu/květnu přesun do A4)
● Spoluautor přednášek: Zdeněk Kříž
● Web předmětu: ncbr.chemi.muni.cz/~martinp/C2150
● Účast na cvičeních je povinná
● Nepřítomnost může být omluvena pouze prostřednictvím
studijního oddělení (omluva musí být zanesena v informačním
systému MU)
● Podmínky pro udělení kolokvia:
● účast na cvičeních
● odevzdané úlohy ze cvičení
● odevzdaný závěrečný projekt
Organizační pokyny
3
Osnova kurzu
● Strukturní databáze molekul a jejich prohledávání
● Validace struktur získaných z databází a příprava dat pro
molekulové modelování – program WHAT IF a jeho WWW server
● Vizualizace molekul pomocí programu VMD, vizualizace trajektorií
molekulové dynamiky
● Zpracování dat a jejich vizualizace pomocí grafů (xmgrace)
● Program TRITON – možnosti vizualizace a aplikace v molekulovém
modelování
● Vizualizace molekul v ostatních programech – Chimera, PyMol
● Převod 2D zobrazení molekul do 3D a naopak
● Příprava grafických prezentací (Open Office, PovRay, Inkscape)
4
Databáze molekul
● Metody pro získání 3D struktury molekul lze rozdělit na:
● Experimentální metody (rengenová krystalografie, NMR,
elektronová mikroskopie)
● Molekulové modelování
● Struktury získané experimentálními metodami (někdy i
molekulovým modelováním) se ukládájí do databází aby byly
přístupné i ostatním uživatelům
Databáze malých molekul:
● Cambridge Structural Database - CSD (struktury z rentgenové
krystalografie)
● Inorganic Crystal Structure Database - ICSD
● Glyco3D Database (zaměřená na cukry)
● 3Dchem database
Databáze biopolymerů (proteiny, DNA, RNA ):
● Protein Data Bank – PDB
● Nucleic Acid Database – NDB
5
Jak hledat v databázi
● Znám název molekuly, nebo její sumární vzorec
● U malých molekul znám jejich SMILES kód (CCO – ethanol,
c1CCCCc1 – cyklohexan a pod)
● CSD umí hledat podle funkčních skupin (umožňuje přes grafické
rozhraní nakreslit vzorec)
● NDB databáze – hledání podle sekvence bazí
● PDB umožňuje několikastupňové prohledávání
6
Cambridge Structural Database - CSD
Dostupnost do CSD:
● Komerční licence
● Na MU dostupná na serveru xray.chemi.muni.cz (nutné zřídit účet
– doc. Marek Nečas)
Co ukládá CSD:
● Data o organických molekulách
● Data o komplexech kovů s organickými molekulami
Jakými metodami jsou získávána data:
● RTG krystalografie
● Monokrystalů
● Prášková difrakce
Co v CSD nenajdeme:
● Data o polypeptidech, polysacharidech a oligonukleotidech
● Data o anorganických molekulách
7
Cambridge Structural Database - CSD
8
Cambridge Structural Database - CSD
9
Cambridge Structural Database - CSD
10
Inorganic Crystal Structure Database - ICSD
● Dostupná na adrese: www.fiz-karlsruhe.de/icsd.html
● ICSD obsahuje více než 166000 záznamů
Co najdeme v ICSD:
● Krystalové struktury prvků
● Krystalové struktury binárních sloučenin
● Krystalové struktury složitějších anorganických sloučenin
11
Protein Data Bank - PDB
● Dostupná na adrese: www.pdb.org
12
Protein Data Bank - PDB
● Dostupná na adrese: www.pdb.org
13
Protein Data Bank - PDB
Počet struktur: 88500
● 77975 – RTG
● 9862 – NMR
● 508 – EM
Proteiny/NA/komplexy
● 81922 – protein
● 2500 – DNA/RNA
● 4057 – komplexů
14
Rentgenová krystalografie
● Velmi detailní informace o
struktuře molekul
● Pro rigidní systémy
nejkvalitnější informace
● U flexibilních systémů někdy
špatně rozeznatelné části
● O kvalitě struktury hovoří
rozlišení a R-faktor.
15
Rentgenová krystalografie - rozlišení
16
Nukleární magnetická rezonance - NMR
● Struktura v roztoku, ne v
pevné fázi.
● Možnost studia flexibilních
systémů.
● Výsledkem je set konformací
molekuly, který splňuje
experimentální kriteria.
● V databázi naleznete jak set
10, 30 , 50 struktur, tak tzv.
průměrnou strukturu.
17
Elektronová mikroskopie - EM
● Struktura velkých komplexů
● Samostatně neumožňuje
atomární rozlišení, proto se
kombinuje s dalšími
metodami
26
NDB - prohledávání
● Dostupná na adrese: ndbserver.rutgers.edu/
27
NDB - prohledávání
28
NDB - prohledávání
29
NDB - prohledávání
30
NDB - prohledávání
31
Glyco3D databáze
● Dostupná na adrese: glyco3d.cermav.cnrs.fr
32
Glyco3D databáze
33
Glyco3D databáze
34
Glyco3D databáze
35
Practical Structural Databases
● Webová adresa: xray.bmc.uu.se/embo/structdb/links.html
36
Úkoly
● Nalezněte v PDB databázi struktury amyloid beta peptidu,
vygenerujte report, kerý bude obsahovat: pdb kód, způsob určení
3D dat, rozlišení, biologický zdroj amyloidu.
● Zjistěte kolik struktur je v současné době uloženo v PDB databázi,
kolik je určeno pomocí X-ray, NMR a EM. Kolik struktur bylo v
databázi uloženo v letech 2010, 2005 a 2001. Pro vyhledání těchto
iformaci použijte Advanced Search.
● Úkoly odevzdejte do odevzdávárny