Zadání
Vytvořte program, který určí aminokyseliny proteinu, jejichž
atomy peptidické páteře jsou vzájemně spojeny vodíkovou
vazbou. Ve schématu budou tato residua spojena barevně
rozlišenou čárou. 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 odhadne přítomnost vodíkové vazby mezi N
jednoho residua a O druhého residua (vzdálenost do 3.2 Å,
nepočítá se pro sousedící residua)
• Zobrazí sekvenci residuí proteinu dvakrát nad sebou, kde
jednotlivá residua budou barevně označena a také budou
vyznačena čísla residuí (pořadí v sekvenci) způsobem
zobrazeným na obrázku
• Mezi oběma sekvencemi budou pomocí čar spojena residua
mezi kterými existuje vodíková vazba, barevné značení čar
bude založeno 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. Čáry spojující
residua budou vždy začínat nahoře u residua s nižším
číslem, tj. budou vždy směřovat doprava
• 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
4. 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 vyhledá 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.Nakreslete graf tak, jak je zobrazeno na obrázcích. Spojující
čáry budou kresleny vždy směrem doprava dolů.
Testovací data
Seznam dvojic residuí (celkem 27), která jsou vázána
vodíkovou vazbou pro strukturu crambinu (1jxy_noal.pdb):
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