[ Billede: Undervisningsministeriets logo ]




 

Visualisering med Weblab Viewer Lite

Hans Christian Jensen

Hvad er WeblabViewer Lite?

Programmet WeblabViewer Lite kan indlæse filer med molekylstrukturer og vise billeder af molekylers rumlige struktur. Billedet kan skaleres, roteres og translateres, og der kan vælges mellem forskellige fremvisningsmåder. Grafikken er fremragende. Det er nemt, hvis inputfilen indeholder de nødvendige oplysninger, at udvælge dele af molekylet med henblik på at analysere detaljer i dette. Det er specielt nyttigt, når det drejer sig om analyse af store biomolekyler. Man kan udvælge og navngive dele af molekylet, og disse oplysninger bliver husket til næste gang, hvis man gemmer filen i Weblab Viewers eget filformat. Disse muligheder gør Weblab Viewer interessant for kemiundervisningen.

 

Weblab Viewer Lite hentes på Internetadressen http://www.msi.com/download/viewer/lite/index.html
Læs licensbetingelserne før programmet hentes. Foruden programmet kan man hente en samling af molekylfiler, som indeholder et udvalg af store og små molekyler, uorganiske som organiske. Der er også eksempler på krystalstrukturer i samlingen.

[ Billede: Logo fra Molecular Simulations Inc. ]

Hvad WeblabViewer Lite kan?

Man kan ikke konstruere nye molekyler i WeblabViewer Lite, og programmet kan ikke automatisk optimere en given struktur. Dette er kun muligt i Pro versionen, som koster omkring 300 US$. I Lite versionen er det dog muligt manuelt at ændre en indlæst struktur og gemme ændringerne. Det er også muligt at have mange molekyler gemt i samme fil, og filen kan fungere som en skabelon, hvorfra man udvælger det molekyle, man aktuelt er interesseret i at arbejde med. Man må forholde sig kritisk til de indlæste koordinatfiler. Mange strukturer er beregnede strukturer med de fejl og forbehold, som ligger i de anvendte modelleringsprogrammer. Nogle filformater indeholder kildehenvisninger, som kan studeres, hvis filen indlæses i en teksteditor.

Molekylkoordinater gemmes desværre i flere forskellige filformater. WeblabViewer kan læse de mest betydende filformater og gemme i de mest betydende filformater foruden i sit eget filformat *.msv, men kan også gemme filerne i andre formater. Programmet kan læse koordinatfiler genereret med ChemSketch 3.5 eller ISIS Draw. De nævnte formeleditorer kan hentes fra Internettet. Henvisning hertil findes på kemis hjemmesider http://www.ke.gymfag.dk.

I det følgende omtales arbejde med filerne VAND1.MOL, INSULIN.PDB og DNA2HC.MSV. Filerne kan hentes blandt de elektroniske bilag til IKT-hæftet på adressen www.ke.gymfag.dk/IKT.

Brugerfladen i Weblab Viewer Lite

    • Hold musen stille over værktøjsknapperne og læs den korte forklaring på den gule note. Brug eventuelt menupunktet Help

    [ Billede: Toolbar med ikoner ]
    • Pilemarkør til markering
    • Rotation af hele billedet: Klik og træk. Rotation af markering: Ctrl+Klik og træk
    • Translation af hele billedet: Klik og træk. Translation af markering: Ctrl+Klik og træk
    • Zoom
    • Drej omkring en binding. En binding og to nabobindinger skal være markeret. Se Help | Torsion

    [ Billede: Objekt rotationsværktøjer ]

Genvejstaster

    • Ctrl+Z: Fortryd og gå bagud i handlingskæden
    • Ctrl+Y: Fortryd og gå fremad i handlingskæden

 

Visning af vandmolekyle

  • Åbn filen vand1.mol. Husk at vælge filtype *.mol
  • Markér et molekyle og tryk [ Billede: Ikon ] eller højreklik på et molekyle og vælg Display Style

[ Billede: Optionsboks ]

[ Billede: Molekyle vist på tre forskellig måder ]

Molekylerne vises her som pind-, kugle og pind- og kalotmodel (CPK)

 

  • Markér vandmolekylet
  • Vælg: Tools | Surfaces | Add
  • Højreklik på overfladen og vælg Display Style | Surface
  • Markér Soft (se næste side)
  • Markér Transparent (se næste side)
 [ Billede: 3D animation af H2O ]

[ Billede: Optionsboks ]
    • Markér molekylet
    • Vælg: Tools | Labels | Add
    • Udfyld dialogboks som vist:

[ Billede: Optionsboks ]

[ Billede: animation af H2O ]

 

 

 

Insulin

I »Brookhaven Protein Databank« kan man hente proteinstrukturer, som er bestemt ved røngtenkrystallografi. Strukturerne er gemt i filformatet *.PDB, som er defineret af Protein Databank Brookhaven. Den her anvendte fil insulin.pdb stammer dog ikke fra Brookhaven Protein Databank men fra en eksempelsamling af molekylfiler, som er hentet fra samme webadresse som WeblabViewer Lite. Molekylstrukturen er sandsynligvis beregnet.

  • Åbn filen insulin.pdb
  • Vælg Window | New Hierarchy Window
  • Vælg Window | Tile

3D-vinduet og hierarki-vinduet vises nu side om side.

 [ Billede: options window, hvor man ind i window og ned på Tile ]
Hierarki-vindue

Insulin består af 2 proteinkæder benævnt A og B. Aminosyrelisten ekspanderes ved at klikke på + tegnet ved A.

To bindinger mellem cystein-molekyler er specielt fremhævet i listen

[ Billede: Oversigt over filen insulin.pdb ]
Hierarkivindue: Aminosyrer i kæde A er markeret.
  • Ekspandér listen
  • Klik på første aminosyre
  • Flyt markøren til sidste aminosyre
  • Shift + klik på sidste aminosyre

    [ Billede: En detaljeret oversigt over insulin..pdb ]
C-alfa atomer er markeret på billedet. Det er C-atomerne, som er naboer til peptidbindingerne:
-CA-CONH-CA-CONH-CA-CONH-CA osv.

    Vælg Edit | Select

[ Billede: Selectboks ]

  • Tryk Select og Close
  • Vælg View | Display Style | Faneblad Atom | Ball and Stick

    [ Billede: animation af et insulin molekyle ]

 

Man forenkler strukturen ved at tegne rette linier mellem C-alfa atomerne. Herved fremkommer kædens CA linie. Det er proteinkædens »rygrad«. På den sidder aminosyrernes sidekæder. De kaldes residuer.

Vise CA linien:

    • Vælg Edit | Select All
    • Vælg Display Style | Protein | Ca Stick

Ikke vise Residuerne:

    • Vælg Display Style | Atom | Off

Vise CA linien som Ribbon:

    • Vælg Display Style | Protein | Ribbon

[ Billede: animation af et insulin molekyle ]
Hele A kædens CA linie. Man ser 2 områder, som er spiralsnoet (alfa-helix). De er forbundet af et ikke-snoet stykke af kæden.

Områderne er farvet forskelligt.

    • Markér kæden
    • Vælg Display Style | Protein | Color Scheme | By Secondary Type

[ Billede: animation af et insulin molekyle ]
A kædens CA vist som Stick.

B kædens CA er vist som Solid Ribbon.

B kæden har en alfaspiral og et langt stykke, som ikke er snoet i spiral.

[ Billede: animation af et insulin molekyle ]

 

Hydrogenbindinger i insulin

Den indlæste struktur fra insulin.pdb indeholder ikke information om H-atomer. H-atomer kan tilføjes til strukturen således:
    • Vælg Edit | Select

[ Billede: select boks ]

  • Tryk på Select. Gentag for O- og og S-atomer.
  • Vælg Tools | Hydrogens | Add

På billedet ses stabiliserende hydrogenbindinger vist med stiplet grøn linie. På en af bindingerne er der sat en label med teksten H BOND.

[ Billede: animation af et insulin molekyle og hydrogenbindingerne deri ]

 

Cystein og svovlbroer i insulin

Start med visning af insulin i Display Style Line:
  • Vælg Edit | Select All (genvejstast Ctrl+A)
  • Vælg View | Display Style (genvejstast Ctrl+D) |
    Vælg Faneblad Atom | Line |
    Vælg Faneblad protein | Off
  • Vælg Fjern markering (klik udenfor markering)

I 3D vinduet kan man se tre svovlbroer vist med gul streg. To af svovlbroerne kan markeres ved at klikke på listen i hierarkivinduet.

[ Billede: Oversigt over de forskellige bindinger i et insulin molekyle ]

[ Billede: animation af et insulin molekyle og cystein og svovlbroerne deri ]

    Find alle cysteinenheder i insulin:

  • Vælg Edit | Select
  • Udfyld dialogboksen
  • Tryk Select | Close

[ Billede: selectboks ]

  • Vælg View |Display Style | Ball and Stick

Man ser cysteinenheder som Ball and Stick.

[ Billede: animation af et insulin molekyle og cystein deri vist som "Ball and Stick" ]

Cysteinenheder som Ball and Stick.
  • Vælg Edit | Group og udfyld dialogboksen

[ Billede: Dialog boks ]

  • Tryk Define

    [ Billede: Oversigt over insulin.pdb med cystein liggenende i underbibliotek ] 

    Alle cysteinenheder er defineret som en gruppe.
  • Markér A kæden og B kæden
  • Tast Ctrl+D | Udfyld dialogboksen

    [ Billede: Dialog boks ]

  • Hierarkivindue | Markér gruppen cystein
  • Tast Ctrl+D | Ball and Stick | OK
  • Rotér molekylet og iagttag 2 svovlbroer mellem A og B kæden samt en intern svovlbro i A kæden.

    [ Billede: Animation af insulin molekylet med forskellig display styles ]

 

Nukleotider i DNA

  • Åbn filen DNA2 HC1.MSV
  • Vælg Window | New Hierarchy Window
  • Vælg Window | Tile

3D vinduet og hierarki-vinduet vises nu side om side.

[ Billede: options window, hvor man ind i window og ned på Tile ]
De fleste hydrogenatomer i strukturen vises ikke. Men de H-atomer, der er knyttet til N, O og S, vises fordi de kan indgå i hydrogenbindinger.

Hierarki-vinduet:

[ Billede: Oversigt over dna2hc1.msv ]

  • Klik på [ Billede: Ikon med et plus symbol ] for at ekspandere A kæden
  • Klik på [ Billede: Ikon med et kæde symbol ]for at markere en kæde
  • Klik uden for [ Billede: Ikon med et kæde symbol ]for at slette markering
  • Højreklik i hierarki-vinduet for at vælge markering af alle P-atomer vha. en dialogboks

[ Billede: Animeret oversigt over dna2hc1.msv ]
  • Klik på HBondMonitor for at markere »hydrogenbindinger« mellem kæderne
  • Vælg Tools | Monitors | Remove for at slette visning af markerede hydrogenbindinger. Se ændringen i 3D vindue
  • Tast Ctrl+Z for at fortryde sletning af hydrogenbindinger
  • Tast Ctrl+Y for at igen at slette hydrogenbindinger

    [ Billede: Animeret oversigt over dna2hc1.msv hvor hydrogen bindingerne er vidst]
  • Hierarkivindue | Markér A kæden
  • Tryk [ Billede: Ikon ]. Vælg Atom | Off (A kæden vises ikke)
  • Hierarkivindue | Markér B kæden
  • 3D vindue | Højreklik | Display Style | Atom | Stick
  • Vælg Tools | Labels | Add

[ Billede: Dialogboks ]

  • Klik uden for markeringen for at fjerne markeringen.

[ Billede: Animation af dna2hc1.msv ]
Markér B kæden.
  • Vælg Display Style
  • Faneblad Atom | Off
  • Faneblad RNA/DNA | Ladder

[ Billede: Animation af dna2hc1.msv ]
Vælg Edit | Select All (genvej: Ctrl+A)
  • Vælg Display Style | RNA/DNA | Rings
  • Vælg Tools | Monitors | HBond
  • Prøv nu:
  • Vis det hele i Ladder-visning
  • Sæt labels på begge kæder

[ Billede: Animation af dna2hc1.msv ]
DNA molekylets »overflade«
  • Tast Ctrl+A
  • Tast Ctrl+D
  • Vælg Tools | Monitors | Remove
  • Vælg Tools | Labels | Remove
  • Vælg Tools | Surfaces | Add

 

[ Billede: Animation af dna2hc1.msv ]



   

Eksamen

Aminosyrer og proteiners struktur indgår i kernepensum på mellem- og højniveau i kemi. Programmet WeblabViewer Lite giver eleven nye muligheder for at fremstille sin viden om proteiners rumlige struktur. Under nuværende eksamensregler skal der søges om tilladelse til at bruge PC ved mundtlig eksamen. Eleverne skal have arbejdet selvstændigt med programmet, og der skal være adgang til programmet i såvel forberedelseslokale som eksaminationslokale. Herunder er der givet et eksempel på et eksamensspørgsmål.

Aminosyrer og proteinet insulin

Forklar hvad en aminosyre er og omtal peptidbinding. Forklar hvad der menes med et proteins primære struktur. Ved brug af programmet WeblabViewer Lite og filen insulin.pdb skal du redegøre for den rumlige struktur af insulinmolekylet (sekundær, tertiær og kvarternær struktur).

Du kan vælge at komme ind på nogle af følgende punkter:

      C-alfa linie, alfahelix, A og B kæde

      Svovlholdig aminosyre og svovlbroer

      Hydrogenbindingers betydning for fastholdelse af et proteins rumlige struktur

      Hydrofobe og hydrofile aminosyrer

      Eller hvad der ellers er relevant for emnet…..



Forsiden | Forrige kapitel | Næste kapitel