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Bio3D的安装与应用实例(DCCM)

1. Bio3D的介绍

Bio3D 是一款依托于 R 语言的工具包,包含用于分析生物分子结构、序列和轨迹数据的实用程序。功能包括读取和写入生物分子结构、序列和动态轨迹数据的能力,执行原子选择、重新定向、叠加、刚性核识别、聚类、距离矩阵分析、守恒分析、正常模式分析和主成分分析。

2. Bio3D的安装

本机Window10系统
Bio3D下载链接来源:
http://thegrantlab.org/bio3d/articles/online/install_vignette/Bio3D_install.html
先不急着安装,需要先下载R语言:
https://bitbucket.org/Grantlab/bio3d/downloads/
安装并打开R语言,输入:
install.packages(“bio3d”, dependencies=TRUE)【详细解释见:https://rdrr.io/r/utils/install.packages.html】

出现界面如下:

选择一个工作镜像(China内)即可完成安装
检测是否成功安装:输入help(package=”bio3d”)出现“关于编辑包‘bio3D’ 的信息”即为成功安装。

3. Bio3D应用实例

以Bio3D计算DCCM作为应用实例。
动态相关性矩阵(Dynamic cross-correlation matrices, DCCM),表示蛋白质中每个氨基酸的特定原子,比如Cα原子和其它氨基酸的Cα原子之间的相关性,提供蛋白质在大尺度范围内相关运动的一些信息。DCCM计算数值的取值范围从完全负相关的-1.0到完全正相关的+1.0。越接近数值1表示相关性越强,正负表示两个原子运动方向相同(反)。

首先需要准备两个文件.dcd和.pdb(以taq DNA聚合酶为例)

打开R语言
library(bio3d)
require(bio3d); require(graphics);
pause <- function()
cat(“Press ENTER/RETURN/NEWLINE to continue.”)
pause()
trtfile <- system.file
(“D:/Program Files/R/R-4.1.0/bin/x64/start.dcd”,package=”bio3d”)
dcd <- read.dcd(“D:/Program Files/R/R-4.1.0/bin/x64/start.dcd”) (#定位到.dcd和.pdb所在的文件夹)
pdbfile <- system.file
(“D:/ProgramFiles/R/R-4.1.0/bin/x64/start.pdb”,package=”bio3d”)
pdb <- read.pdb(“D:/ProgramFiles/R/R-4.1.0/bin/x64/start.pdb “)
print(pdb)
pause()
dim(dcd)
ncol(dcd) == length(pdb$xyz)
pause ()
ca.inds <- atom.select(pdb, elety = “CA”)
xyz <- fit.xyz(fixed = pdb$xyz, mobile = dcd,
fixed.inds = ca.inds$xyz,
mobile.inds = ca.inds$xyz)
DCCM的计算:
cij <- dccm(xyz[,ca.inds$xyz])
plot(cij)

RMSD的计算(表示整个结构随时间的位置差异):
rd <- rmsd(xyz[1,ca.inds$xyz], xyz[, ca.inds$xyz])
plot(rd, typ= “l”, ylab = “RMSD”, xlab = “Frame No.”)
points(lowess(rd), typ =”l”, col = “red”, lty = 2, lwd = 2)
summary(rd)
pause()

RMSF的计算 (表示单个氨基酸残基的柔度,或计算模拟过程中特定残基移动的程度):
rf <-rmsf(xyz[, ca.inds$xyz])
plot(rf, ylab =”RMSF”, xlab = “Residue Position”, typ=”l”)
pause()

PCA的计算(Principal ComponentAnalysis,主成分分析)
pc <- pca.xyz(xyz[,ca.inds$xyz])
plot(pc, col= bwr.colors(nrow(xyz)))

备注:.dcd文件可以通过VMD来获得。即
先将GROMACS得到的last10ns.xtc转为start.pdb
gmxtrjconv -s md.tpr -f last10ns.xtc -o start.pdb -dump 0 (选择1, protein)
打开VMD,将start.pdb转存为start.dcd

作者: 陈婉姨



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