Alinhando estruturas por linha de comando com PyMOL

PyMOL é uma ferramenta de visualização de moléculas com uma grande quantidade de recursos em sua interface. Dentre esses recursos, se encontra o painel do terminal de linha de comandos. Por meio desse terminal é possível realizar inúmeras análises, como por exemplo, alinhamento de estruturas. Esse tipo de alinhamento pode ser realizado pela interface gráfica, entretanto, usando o terminal podemos facilmente realizar um alinhamento usando o comando align.

Terminal PyMOL: comando align

A sintaxe do comando é a seguinte:

onde objeto1 e objeto2 são os dois nomes dos objetos que armazenam as estruturas que se deseja alinhar (os nomes são exibidos no painel à direita).

O comando align usa o método padrão de alinhamento do PyMOL. Sucintamente, ele utiliza um algoritmo de superposição baseado em duas etapas:

• alinhamento de sequências utilizando BLAST e a matriz BLOSUM62 para detecção de resíduos correspondentes (por padrão, apenas os átomos da cadeia principal são usados);
• superposição dos átomos seguida por até cinco ciclos de refinamento iterativo. Átomos que não atingem os critérios de corte estabelecidos são excluídos das análises. Por fim, o número de átomos restantes é exibido junto com o valor de RMS (root mean square, que pode ser traduzido como “raiz do valor quadrático médio” ou “valor eficaz” como também é conhecido).

No exemplo a seguir, vamos utilizar o comando align para alinhar as estruturas do PDB de ID 2lzm com o PDB de ID 1a1m (Figura 24).

Observe que os resultados do alinhamento são exibidos no painel do terminal de linha de comandos (na parte superior da imagem). Observe ainda que inicialmente é realizado um alinhamento entre a estrutura com 282 resíduos e a outra com 891. Detectou-se uma pontuação de alinhamento de 41. Com base nos resíduos alinhados (não exibidos no painel), realizou-se uma tentativa de sobreposição de 873 átomos. A seguir, cinco rodadas de novos alinhamentos estruturais são realizadas tentando reduzir o RMSD. Perceba que nessa etapa de refinamento do alinhamento, alguns átomos são desconsiderados, uma vez que o algoritmo considera que mantê-los reduz a precisão do resultado final. Por fim, obtêm-se o RMSD final e o total de átomos usados no cálculo. No exemplo apresentado, o RMSD foi de ~22. Lembre-se que valores altos de RMSD indicam uma sobreposição ruim entre estruturas. Assim, podemos confirmar pela visualização das estruturas sobrepostas que o alinhamento foi ruim.

Para mais informações sobre o comando align, como variações de parâmetros, acesse: https://pymolwiki.org/index.php/Align. Para realizar um alinhamento independente da sequência, recomenda-se o uso do comando super.

Terminal PyMOL: comando super

O terminal de comando da ferramenta PyMOL permite a realização de alinhamentos entre estruturas usando o comando align (que utiliza a mesma metodologia do alinhamento realizado pela interface gráfica). Entretanto, o comando align é recomendado para estruturas com uma identidade maior do que 30%. Para realizar um alinhamento que considera uma melhor sobreposição entre as estruturas de proteínas com sequências pouco similares é recomendado o uso do comando super.

O comando super realiza alinhamento estrutural independente da sequência (ao contrário de align) usando uma estratégia baseada em programação dinâmica, seguido por uma série de ciclos de refinamento para remover átomos outliers (etapa similar a última parte do algoritmo usado por align). Por isso, o comando super é considerado mais robusto do que o comando align para proteínas com baixa similaridade de sequência.

No exemplo a seguir, vamos utilizar o comando super para alinhar as estruturas do PDB de ID 2lzm com o PDB de ID 1mdb (Figura 25).

Note que as sequências de 1mdb e 2lzm são pouco similares. Vemos também uma baixa similaridade na estrutura; entretanto, ao utilizar o comando super, PyMOL encontra partes da estrutura secundária que se coincidem (vemos por exemplo, as hélices-alfa que se sobrepõe). Isso demonstra a maior eficácia do comando super para detecção de estruturas secundárias mais similares quando comparado ao método tradicional (comando align).

Para mais informações sobre o comando super, como variações de parâmetros, acesse: https://pymolwiki.org/index.php/Super.