ChimeraX cryoEM 可视化教程：细菌ATP合酶

ChimeraX cryoEM 可视化教程：细菌ATP合酶

翻译自：https://www.rbvi.ucsf.edu/chimerax/data/stanford-jul2019/tutorial.html

---

这篇ChimeraX教程将着眼于如何可视化细菌ATP合成酶在3.0和3.2 A分辨率下由CryoEM测定的三种构象的原子模型和maps。我们将创建与2019年2月出版物中类似的数据视图。

原子模型PDB 6n2y、6n2z、6n30。EMDB map 9333,9334,9335。ChimeraX 可以直接从PDB和EMDB获取这些数据文件，也可以下载这些文件以供offline脱机使用。

Topic

• 基础：打开、移动、样式、链…
• 在3种构象之间变形 Morphing。
• 查看结合的ADP、磷酸盐、ATP。
• 检查侧链密度、区域zones。
• 将原子模型拟合到地图中 Fit。
• 查看质子通道。
• 查看单向旋转。

Basics: open, movement, styles, chains…

• 命令“open 6n2y”，或工具栏的“Open”按钮，或“File/Open”菜单从本地驱动加载文件。
• Log chain和ligand table：单击letter选择原子，单击名称显示sequence。
  
  显示序列或用命令：

seq chain /a
seq chain #1/a

（黄色是螺旋部分，蓝色是beta折叠区，白框是结构中缺失部分）

• 鼠标悬停可显示链、残基名称、编号和原子名称。
  
  

• 移动：Mac触控板、2指旋转、3指平移、4指缩放(或捏)。
  鼠标，左键旋转，右键平移，滚轮缩放。

• 旋转中心：在曲面上关闭，或在缩小时位于模型中心。

• 详细信息…log link，显示publication、species、experimental method和resolution。

---

其他-不确定在开始和之后显示多少图像。

• 工具栏图标：保存图像。隐藏/显示原子/卡通、样式、背景颜色、照明模式、摩尔mol显示、着色、hbonds。
• 使用鼠标选择，或选择菜单、up arrow promotion、所选内容的工具栏操作。
• 预设。柱面Cylinder显示很酷，再加上显示ligands和保存图像。让他们尝试不同的样式。
• 帮助菜单Help menu、用户指南user’s guide。

Morphing between 3 conformations

open 6n2z；open 6n2z
Model Panel: show/hide按钮以显示或隐藏每个模型。
morp #1,2   前两个结构之间变形。试试滑块上的播放按钮。可能需要使用simple lighting来提高速度。
关闭morph，单击模型面板中的model4，然后按close按钮。
在三种构象之间morph，并结束在开始的那个：“morph #1,2,3 wrap true same true”
“wrap true”选项返回到起始模型。
“same true”选项表示不使用序列比对算法，而是假定相同的序列以加快计算速度。
morph在每个结构之间有20 steps，若要增加此设置，请参阅使用命令“help morph”的文档。
按滑块右侧的红色圆圈录制movie。
Close morph

Viewing bound ADP, phosphate, ATP

打开CryoEM map，“open 9333 from emdb”，或者用工具栏Open按钮或File/Open从本地上打开文件。
Toolbar, molecule display, stick style.
Volume step 2 to step 1。
手动调整直方图上的阈值。可能需要simple lighting以实现更快的updates。
使用直方图上的color按钮使surface透明。
居中ADP并使用clip planes命令：“view :ADP”
网格样式Mesh style：用histogram上的菜单选择样式。
显示所有内容：view all
磷酸盐在哪，用命令“sel :ADP:PO4”显示它们位于不同的结合位点。不确定原因。
仅在lower contour level查看“tentatively assigned”磷酸盐phosphate周围的密度用命令：“view :PO4”。
view all

Inspecting side-chain density, zones

eLife的Figure 1 supplement 4展示了侧链的cryoEM密度示例。
显示链A残基404-441附近的密度。
命令“surface zone #4 near #1/A:404-441”
隐藏所有原子：使用工具栏图标或命令“hide #1”
显示原子：“show #1/A:404-441”
分子工具栏，color “heteroatom”。
要制作finer mesh用命令：“volume #4 subdivide true”和“volume #4 subdivide true subdivisionlevels 2”
volume #4 level 1.5
图形工具栏白色背景。
“vol #4 subdivide false”避免之后surface计算慢

Fitting atomic model into map

建模一开始通常是将现有模型fit到map上。
将3.9A X射线结构4xd7(复合体的F1一半)fit map。
命令：“open 4xd7”
按住ctrl键并单击以选择4xd7原子。
使用工具栏Right Mouse的平移translate和旋转rotate将模型放入map中。
使用map里的menu Tools / Volume Data / Fit 来优化4xd7与9333的拟合。
map中的fine detail导致无法找到good global fit，因此用smoothed map去fit。
用命令“volume gaussian #4 sdev 3”
Fit到此map有更大的收敛半径。
仍需要获得正确的6-fold对称对齐才能匹配轴亚基。
有时可以color map来匹配附近的原子：“color zone #4 near #5 dist 8”

Look at proton channels

看看驱动motor的质子路径，如eLife论文中的图4所示。
跨膜鼓在谷氨酸E56上携带质子：“select /c*:56”。作为球体sphere显示。
Drum在膜中，质子从下侧沿“a”亚基之间的通道向上移动，到达鼓上，绕转一圈，释放到另一个通道，从膜的另一侧退出。
分子工具栏，显示surface。
在左侧是长螺旋杆定向视图Orient view。
在工具栏中启用clip mouse模式。使用simple lighting可加快clip plane的运动速度。
Clip可从下方到E56查看通道。
按住Alt键可clip远侧以显示通道上方释放质子。
positioning clip plane后，为较暗的通道腔打开full lighting。

Look at unidirectional rotation

eLife论文的图3提出了一种机制，说明了为什么motor朝一个方向旋转能产生ATP而反向阻塞。
关闭剪辑命令：“clip off”
定向结构轴垂直于屏幕并且F1六聚体在前面。
使motor 轴epsilon亚基（链H）更明显：“color /H red surface”
clip mouse模式，剪切。
epsilon亚基（红色）与六聚体的beta亚基（灰色）碰撞，阻止顺时针旋转。

---

一些命令：

标记：

label #1/A:157

预设：

preset inter #不显示轮廓，默认背景（黑）
preset pub #显示轮廓，白背景

上色：color spec colorname [target string] [transparency percent]

color /d & helix sky blue cartoons #给D链的cartoon形式的螺旋蓝色
color bychain #按链上色
color byatom/byelement #按每个原子/元素上色
color byhet #按非碳原子上色
color bypolymer #按多聚体上色（给每个单聚体上色）
color bymodel #按模型上色
rainbow #每个螺旋颜色不同
rainbow chains #按链上色
rainbow residues #按残基上色
rainbow polymers #按单聚体上色
rainbow structures #按模型结构上色