Zadání
Vytvořte program, který určí aminokyseliny proteinu, jejichž
atomy peptidické páteře jsou vzájemně spojeny vodíkovou
vazbou. V kruhovém grafu budou tato residua spojena barevně
rozlišenou křivkou. Program bude mít následující vlastnosti:
• Bude načítat PDB soubor s proteinem (pouze standardní
residua z řádků ATOM)
• Určí atomy N a O peptidické páteře a na základě jejich
vzdálenosti detekuje přítomnost vodíkové vazby mezi N
jednoho residua a O druhého residua (vzdálenost do 3.2 A,
nepočítá se pro sousedící residua)
• Bude vykresleno kruhové schéma, kde na okraji budou
residua vyznačena barevně a také budou vyznačena čísla
residuí (tj. pořadí v sekvenci jak je uvedeno v PDB
souboru) – viz. obrázek níže
• Uvnitř grafu budou pomocí čar spojena residua mezi
kterými existuje vodíková vazba. Barva čáry bude záviset
na vzdálenosti residuí v sekvenci: červeně je-li vzdálenost
4 residua (typické pro alfa-helixy), oranžově pro 3 a fialově
pro 5 residuí (typické pro nestandardní alfa-helixy), ostatní
modře
• Graf bude obsahovat barevnou legendu, nadpis a jméno
PDB souboru
• Jméno vstupního PDB souboru bude specifikováno jako
parametr na příkazovém řádku
• Program bude uživatele informovat o chybě při otevření
souboru, načítání konfiguračního souboru, překročení
maximální přípustné velikosti polí a pod.
• Zdrojový kód programu bude opatřen komentáři
Nepovinné rozšíření (+5 bodů):
• Program bude načítat konfigurační soubor, ve kterém bude
specifikováno jméno vstupního PDB souboru na řádku ve
formátu "INPUT_FILE = jmeno_pdb_souboru", dále bude
v konfiguračním souboru na samostatném řádku
specifikována velikost okna ve formátu "WINDOW_SIZE
= sirka, vyska"
• Název konfiguračního souboru bude předán programu jako
parametr na příkazovém řádku
Program otestujte se strukturou crambinu (1jxy_noal.pdb) a
enzymu haloalkan dehalogenáza (2dhc.pdb), které najdete
mezi studijními materiály v IS MU ve složce „data“.
Dodržujte následující pravidla
• Dbejte na správné odsazování textu
• Pro reálné proměnné používejte typ double, ne float
• Při každém použití operátoru dělení si ujasněte, zdali
dochází k celočíselnému nebo reálnému dělení a jaký typ
dělení požadujete
• Proměnné vždy inicializujte vhodnou hodnotou
• Při použití funkcí pro práci s řetězci a při práci s poli dbejte
na to, aby nedošlo k překročení velikosti pole
• Dobře zvažte, které proměnné budou lokální a které
globální
• Názvy globálních proměnných volte tak, aby z nich byl
jasný význam proměnné, volte raději delší názvy
• Názvy funkcí volte tak aby z nich bylo jasné jakou činnost
funkce dělá
• Pro překlad programů používejte nástroj make (tj. vytvořte
si příslušný Makefile)
• Z programu odstraňte veškerý kód který není nutný pro
splnění zadání (např. pozůstatky z minulých cvičení,
zakomentované části kódu). Ponechat můžete funkci pro
zápis PDB
• Program nesmí při překladu vypisovat žádné varovné
hlášky (při použití parametrů -Wall -pedantic)
• Na začátek programu umístěte stručný komentář obsahující
jméno autora, rok vytvoření, popis funkce programu,
parametry příkazového řádku, popř. formát konfiguračního
souboru popisující činnost programu
• Všechny funkce a proměnné opatřete komentářem
Programování v jazyce C pro chemiky (C2160) – závěrečné cvičení
2. Kruhové schéma zobrazující propojení aminokyselin vodíkovou vazbou
Nápověda
1.Upravte funkci pro načítání PDB souboru tak, že bude
načítat pouze řádky ATOM a nikoliv HETATM.
2.Ve struktuře proteinu vyhledejte pro každé residuum atomy
peptidické páteře, tj atomy se jménem " N ", " CA ", " C ",
" O " (vč. mezery na začátku a na konci) – viz. úloha 3 ze
cvič. 9
3.Pro pohodlnější práci s těmito atomy, přidejte do struktury
RESIDUE čtyři celočíselné proměnné (např. atom_c,
atom_c_alpha, atom_n, atom_o) které budou
obsahovat index příslušných atomů v poli atomů (tj. pořadí
v poli atomů). Hodnoty proměnných nastavte pro každé
residuum ve funkci pro vyhledávaní residuí nebo v
samostatné funkci.
4.Vytvořte funkci, která vyledá atomy peptidické páteře
vázané vodíkovými vazbami. Vodíková vazba vzniká mezi
atomem peptidické páteře "O" a vodíkem na "N" jiného
residua. Přesné určení vodíkové vazby vyžaduje znalost
polohy H atomů (které často nejsou v PDB souborech
obsaženy) a úhlů mezi atomy. Pokud stačí přibližné určení
vodíkových vazeb, počítáme pouze vzdálenost mezi atomy
"N" a "O", která by měla být < 3.2 Å. V programu nejdříve
vytvořte strukturu PEPTIDE_HBOND, která bude
obsahovat dvě proměnné (např. residue1 a residue2),
které budou indexem do pole residuí. Definujeme
dostatečně velké pole PEPTIDE_HBOND hbonds[] a
proměnnou int hbonds_count. Budeme počítat
vzdálenosti atomů peptidické páteře, vždy každého atomu O
a N residua s atomy O a N ostatních residuí (vždy
porovnáváme jen N s O, ne O s O ani N s N), pokud je
hodnota < 3.2 (tj. je mezi nimi vodíková vazba), uložíme
záznam do pole peptide_hbonds[] (a zvětšíme hodnou
hbonds_count o 1).
5.Kreslete kruh s barevnými kódy residuí podobně jako v
uloze 1. ze cvičení 11. Je vhodné začít v horní části kruhu
(tj. úhel 90° resp. π/2) a pokračovat po směru hodinových
ručiček.
6.Do struktury RESIDUE přidejte proměnnou typu double
(pojmenovanou např. angle) do které při každém
vykreslení residua uložíte úhel odpovídající jeho pozici na
kruhu. Toto bude dále použito pro kreslení spojovacích čar.
7.Vykreslete čáry spojující residua vázaná vodíkovou vazbou.
Použijte cyklus přes všechny pole peptide_hbonds[].
Z hodnoty úhlů uložených v proměnné angle každého
residua spočítejte počáteční a koncový bod čáry. V první
fázi spojujte residua jen rovnými čarami.
8.Místo rovných čar propojte residua kubickou spline křivkou.
K tomu použijte funkci g2_raspln() - viz. níže. Křivka
bude dána třemi body, první a poslední bod jsou stejné jako
při spojování rovnou čarou, bod pro vrchol oblouku zvolte v
rozmezí úhlů krajních bodů a ve vzdálenosti uprostřed mezi
středem a okrajem kruhu. Půlící úhel spočítáte jako rozdíl
krajních úhlů dělený 2, pokud je však rozdíl mezi krajními
úhly větší než 180°, musíte od výsledku odečíst 180°)
9.Dále je možné program upravit tak, aby bod pro vrchol
oblouku závisel na počtu residuí v sekvenci mezi spojenými
residui; čím více residuí, tím blíže ke středu kružnice bude
vrchol oblouku (toto je nepovinné).
Funkce g2_raspln() kreslí kubickou spline křivku
void g2_raspln(int dev, int n, double * points, double tn)
n je počet datových bodů, points je pole souřadnic n bodů
x1, y1, ... xn, yn
tn je faktor zakřivení křivky (v rozsahu 0.0 až 2.0).
Testovací data
Seznam dvojic residuí (celkem 27), která jsou vázána
vodíkovou vazbou pro strukturu crambinu (1jxy_noal.pdb):
// Ukazka kresleni dvou kubickych spline
// krivek ktere je videt na obrazku dole
double points_a[6] = {50.0, 40.0, 150.0,
200.0, 250.0, 40.0};
double points_b[6] = {350.0, 50.0, 330.0,
170.0, 450.0, 150.0};
g2_set_line_width(dev, 3);
g2_pen(dev, 19); // Cervena barva
// Kreslime kubickou spline krivku:
g2_raspln(dev, 3, points_a, 0.7);
g2_pen(dev, 3); // Modra barva
g2_raspln(dev, 3, points_b, 0.7);
THR1 - ILE35
CYS3 - ILE33
CYS4 - ASN46
SER6 - ARG10
ILE7 - ARG10
ILE7 - SER11
VAL8 - ASN12
ALA9 - PHE13
ARG10 - PHE13
ARG10 - ASN14
SER11 - VAL15
ASN12 - CYS16
PHE13 - CYS16
PHE13 - ARG17
VAL15 - ARG17
VAL15 - LEU18
ARG17 - GLY20
SER22 - ALA24
SER22 - ILE25
SER22 - CYS26
GLU23 - CYS26
GLU23 - ALA27
ILE25 - TYR29
CYS26 - THR30
ALA27 - GLY31
PRO41 - ASP43
PRO41 - TYR44