使用PyMOL绘制蛋白与配体分子结合模式图

摘要

本文将带大家使用免费开源的PyMOL软件绘制D715-2441蛋白与与PB2cap配体分子的结合模式图。

我们先来看一张成品图：
在这里插入图片描述

研究背景

根据分析结果，我们获得以下相互作用：

1、化合物D715-2441的芳环夹在氨基酸残基H357和F404之间并形成π-π堆积作用，还与F404形成疏水作用；

2、化合物苯环上的羟基与E361的羧基和K376的N+原子形成氢键作用，另一个羟基与F404的O原子形成氢键作用；

3、化合物吡喃酮环酯基与K339的N+原子和H357的咪唑基形成盐桥作用。

操作步骤

PyMOL作图通常是对特定对象进行展示形式、颜色、字体等方面的修饰。PyMOL的精髓在于命令行与鼠标的配合使用，本文高度依赖命令行，请做好心理准备。大多数命令格式较为一致，请注意总结归纳。

**1 设定工作目录，打开文件 **
打开PyMOL软件，导入刚才下载的复合物PDB文件（rli-D715-2441-1.pdb）。

注意：有两种方法导入文件，一种是鼠标点击菜单栏File -> Open…，另一种是通过命令行。在这里，我们采用命令来操作，因为这样可以同时把工作目录设置好，方便后续保存文件。

假设我们的工作目录为D:\demo。注意：路径中不要有中文和空格，这是导致很多计算类软件（尤其是免费软件）出现问题的原因。

在PyMOL上界面或下界面的命令输入框输入以下命令（PyMOL>表示这是PyMOL的命令），每行输入完毕后按【Enter】键：
在这里插入图片描述

2 设置操作对象

结合模式图通常涉及到受体（蛋白）与配体（小分子化合物）两部分（有的还可能涉及水分子、金属离子、辅酶；等等），需为之分别设置对象，以便后续操作。设置配体对象：按照下图顺序，将配体设置为lig对象。在这里插入图片描述

3 设置关键残基对象

关键残基包括：A链的K339、H357、E361、K376和F404。由于该蛋白只有一条链，在使用命令选择残基时，可以不用指定链名。按照下图顺序，将关键残基设置为res对象。
在这里插入图片描述

**4 显示所需，隐藏多余 **
在PyMOL中输入以下命令：
在这里插入图片描述
然后，进行鼠标操作：

**5 绘制相互作用力 **
前面说过，命令行和鼠标的配合是很重要的。这里再简单讲讲鼠标的几个操作用法：

A）拖动鼠标左键：按住右键，任意方向拖动鼠标，使视图转动；

B）上下拖动鼠标右键：按住右键，上下拖动鼠标，使视图缩放；

C）拖动鼠标中间滚轮：按住滚轮，任意方向拖动鼠标，使视图移动；

D）滚动鼠标中间滚轮：拉进或拉远镜头，使近处原子逐渐显示或隐藏。

我们参照平台给出的结合模式图（本文第二张图），通过下面的键鼠操作来绘制相互作用力。

· 绘制π-π堆积与盐桥作用

首先，确保鼠标模式（Mouse Mode）为Viewing状态，选择（Selecting）模式为Atoms状态（位置在PyMOL右下方）。然后，按照下面步骤操作：在这里插入图片描述然后，点击PyMOL菜单栏的Wizard -> Measurement，然后根据示意图点击刚才创建的小球，两两一组，便画出虚线（相应地，生成对象measure01~05）。
· 绘制其他作用力

采用相同的办法，把氢键和疏水作用也画出来。由于这些作用力的两端刚好落在原子上，因此，不用绘制小球。
在这里插入图片描述
**6 最后加工 **
为方便调整，也为图片规格符合要求（通常，出版社要求全版图片宽度≤2000像素，半版图片宽度≤1000像素，分辨率≥300
dpi），我们将PyMOL界面放大或靠边最大化，并将上半部分的对话框往上拉到最小，让视图最大。然后放大、摆动视图至合适的角度，使尽可能清晰地看到各关键细节。

基本的创建工作已经完成，接下来进行细致的修饰。
在这里插入图片描述我们还可按下图步骤微调cartoon样式：

还可移动label的位置（设置Mouse Mode为Editing模式后，按住Ctrl键，用鼠标左键或右键拖动label；必要时，可先将cartoo隐藏起来，等调整好label后，再显示出来），让视图更清晰。经过上述一系列操作，得到下图：
在这里插入图片描述
**7 生成图片 **
上面的图已经可以发表文章了，但为了更好看，还需要进行一步：光线追踪（Ray tracing）。