MODELLER で β-シートを作成する場合、secondary_structure.strand と secondary_structure.sheet メソッドを合わせて利用する。まず、 secondary_structure.strand で二次構造を β-ストランドに変更してから、secondary_structure.sheet で二つのストランドを水素結合で結合させる。

サンプルとして利用する配列を 4R80 のタンパク質のなかの β-シートの部分を用いる。具体的な配列は以下の Python スクリプトの中に記述してある。サンプルでは、まず、4 つの β-ストランドを作成し、次に、2 本ずつのストランドを水素結合で結合させる。

1. 一次配列のモデルを作成する（build_sequence）
2. タンパク質が取りうる構造を計算する（restraints.make）
3. β-ストランドを作成する（secondary_structure.strand）
4. 水素結合をモデル化し、β-シートを作成する（secondary_structure.sheet）
5. 構造を最適化する（optimize）

Python スクリプトは以下のようにする。

from modeller import *
from modeller.optimizers import conjugate_gradients
from modeller.automodel import *

env = environ()
env.libs.topology.read('${LIB}/top_heav.lib')
env.libs.parameters.read('${LIB}/par.lib')

# 1.
m = model(env)
#                     EEEEEEEEE  EEEEEEEEEE  EEEEEEEEEEEE  EEEEEEEEEEEE
#                 123456789012345678901234567890123456789012345678901234567
m.build_sequence('PSSKVQVRRVQKQGNTIRVELEITENGKKTNITVEVEKQGNTFTVKRITETVGSPSE')

# 2.
allatoms = selection(m)
m.restraints.make(allatoms, restraint_type = 'STEREO', spline_on_site = False)

# 3.
m.restraints.add(secondary_structure.strand(m.residue_range('5:', '13:')))
m.restraints.add(secondary_structure.strand(m.residue_range('16:', '25:')))
m.restraints.add(secondary_structure.strand(m.residue_range('28:', '39:')))
m.restraints.add(secondary_structure.strand(m.residue_range('42:', '53:')))

# 4.
m.restraints.add(secondary_structure.sheet(m.atoms['N:5'], m.atoms['O:24'], sheet_h_bonds = -9))
m.restraints.add(secondary_structure.sheet(m.atoms['N:16'], m.atoms['O:38'], sheet_h_bonds = -10))
m.restraints.add(secondary_structure.sheet(m.atoms['N:29'], m.atoms['O:52'], sheet_h_bonds = -10))

# 5.
cg = conjugate_gradients()
cg.optimize(allatoms, max_iterations = 10000)

# save to PDB format
m.write(file='sheet.pdb')

Python スクリプトを make_betasheet.py として保存し、MODELLER で実行すれば、結果として betasheet.pdb ファイルが生成される。

mod9.13 make_betasheet.py

以下がモデルされた β-シートである。4 つのストランドがうまくモデル化されていないことがわかる。その一方で、4 つのストランドは水素結合によって拘束されているが、ある程度わかる。

メソッドの説明

スクリプト中で利用したいくつかのメソッドは、以下のような機能を持つ。