==-软件X 13（2021）100654原始软件出版物PmlBeta：用于构建β-氨基酸插入和β-肽序列的PyMOL扩展András WachaZaha，Tamás Beke-Somfai材料和环境化学研究所，自然科学研究中心，匈牙利布达佩斯，匈牙利H-1117，匈牙利ar t i cl e i nf o文章历史记录：2020年3月30日收到收到修订版2020年8月24日接受2020年保留字：PyMOLβ-肽折叠体a b st ra ctβ-肽是具有广泛生物医学和生物技术应用的肽模拟物。它们最奇特的特征是它们容易折叠成各种二级结构，而这些二级结构在它们的自然对应物中是找不到的。此外，发现向天然多肽中插入β-氨基酸提供独特的特征并且还增加酶稳定性。这是由于在它们的骨架中有额外的亚甲基基团，这在另一方面使得不可能使用已建立的算法以及为α-肽和蛋白质开发的计算工具。PyMOL v2.x分子图形环境的扩展，β-肽，它允许快速的图形可视化和大大简化的计算研究模型的建立，特别强调还放在不同的折叠状态的直接形成©2020作者（S）。由爱思唯尔公司出版这是CC BY-NC-ND下的开放获取文章许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。代码元数据当前代码版本1.0.9此代码版本使用的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX_2020_149Code Ocean computecapsulehttps://codeocean.com/capsule/3413799/tree/v2法律代码许可证BSD-3条款使用git的代码版本控制系统使用的软件代码语言、工具和服务Python>3.5编译要求，运行环境&依赖Python> 3.5，PyMOL，PyQt> 5. 可以安装pmlbeta插件使用PyMOL的插件管理器如果可用，链接到开发人员文档/手册https://pmlbeta.readthedocs.io问题支持电子邮件wacha. ttk.hu软件元数据当前软件版本1.0.9此版本可执行文件的永久链接https://gitlab.com/awacha/pmlbeta/raw/binaries/pmlbeta_1.0.9.zip法律软件许可证BSD-3条款计算平台/操作系统Linux，OS X，Microsoft Windows安装要求&依赖PyMOL版本大于2.0.0，带Qt图形界面。测试与开源版本，但应该与商业太。如果可用，请链接到用户手册-如果正式出版，请在参考列表中引用该出版物http://pmlbeta.readthedocs.io问题支持电子邮件wacha. ttk.hu*通讯作者。电子邮件地址：wacha. ttk.hu（András Wacha），beke-somfai. ttk.hu（Tamás Beke-Somfai）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.1006541. 动机和意义β-肽，甚至通过β-氨基酸插入增强的天然α-肽序列，由于其固有的生物相容性和对代谢或蛋白水解降解的更高稳定性，为生物医学和生物技术中的应用提供了有前景的平台[1几个研究小组报告说，2352-7110/©2020作者。由爱思唯尔公司出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softxAndrás Wacha和Tamás Beke-Somfai软件X 13（2021）1006542这些物种的抗细菌/抗真菌活性的结果[5与“传统"α -肽和蛋白质相比然而，该骨架的一个随之而来的缺点是，尽管结构同源，但最初为其天然对应物开发的计算和生物信息学工具通常不适用于β-肽，妨碍了这些分子的计算机目前的工作旨在解决这个问题，通过提供一种方法来构建β-肽的分子模型，在计算研究中的共同的第一步，并为实验方向的初始序列设计的有用的视觉洞察。当针对β-肽开发CHARMM力场的扩展时，所呈现的软件已经成功地应用于我们先前的工作中[18]。先前试图解决β-半乳糖苷酶的计算机建模的肽的旋转异构体文库包括由William DeGrado [19]和Watkins等人开发的旋转异构体文库。[20]，其可以例如由Rosetta软件用于优化由本文所述的代码产生的模型的侧链构象。Pmlbeta与PyMOL v2.x结合使用，既可以作为图形对话框，适合普通用户，也可以由高级用户从命令行中使用。2. 软件描述2.1. 软件构架我们选择PyMOL作为基础平台，PyMOL是一种成熟且易于扩展的分子图形工具，以其产生高质量图形的能力和在具有生物分子兴趣的科学家中的高度流行而闻名[21，22]。我们采用PyMOL的插件架构，因此将pmlbeta添加到现有的PyMOL安装中与以标准方式安装插件一样简单大多数功能都是作为通用的PyMOL命令实现的，高级用户也可以使用这些命令进行自动化/脚本化操作。一个简单的标记可用于声明β-肽序列和二级结构的其他信息。对于临时用户，图形用户界面可用于最常见的任务。2.2. 软件功能pmlbeta的主要功能是构建β-肽（任选含有α-氨基酸）的分子模型也）。肽模型可以使用简单的标记从命令行构建，或者通过允许动态编辑肽序列的图形用户界面构建。 之后将已经创建的肽模型折叠成二级结构也是可能的。建立了二级结构数据库，包含了α-和β-肽的共同折叠。新的褶皱也可以由最终用户通过提供相应的主干扭转角来定义。作为构建块，该程序支持β2，β3和β2， 3-具有蛋白质侧链的所有组合的氨基酸，包括鸟氨酸，但脯氨酸除外此外，还支持环状β-氨基酸氨基环己烷羧酸（ACHC）和氨基环戊烷羧酸（ACPC），以及裸露的无侧链β-氨基酸β-丙氨酸（或高甘氨酸）和所有α-氨基酸。所有的手性都支持，以及大多数自然发生的质子化状态。肽以完全延伸的构象构建，然后折叠成所需的二级结构。即使如果肽序列与所需的二级结构相容，在空间碰撞中。这些都可以解决后，肽模型是通过使用Py-MOL的几何优化功能构建的。首先，骨架的原子应该被标记为固定的（使用内置的PyMOL命令这需要安装“freemol. mengine”（在PyMOL的“Incentive”版本中开箱即用;在开源版本中，用户需要安装它）。如果它不存在（即“此PyMOL构建似乎不包括完整的建模功能”）。当发出“clean "命令时出现错误消息），生成的也可以使用“雕刻"设备来代替。可以从图形肽构建器对话框请求使用上述程序。该插件的附加功能包括将任何模型（不仅仅是由该扩展构建的模型）保存到.gro、.g96和.crd文件，默认PyMOL可以读取但不能写入这些文件。命令在线用户文档，包括安装手册，快速入门指南和Python API文档，托管在https://pmlbeta.readthedocs.io上。3. 说明性实例β-肽分子模型的构建β-肽建模的事实上的基准这是最早发现的β-肽之一，其在甲醇中的二级结构，即负3- 14螺旋（或H14M）已通过实验和计算方法进行了广泛研究[24该肽由以下序列组成：（S）β3hVal，（S）β3hAla，（S）β3hLeu，（2S，3S）β2， 3h（2 Ala，3Ala），（S）β3hVal，（S）β3hAla，（S）β3hLeu。前三个和后三个氨基酸是β3-氨基酸，即相应的侧链在β碳上，具有S绝对构型。中心结构单元是二取代的β-氨基酸，具有丙氨酸侧链（甲基） 在α和β碳上，都在S绝对构型中。使用pmlbeta制备具有乙酰基和N-甲基酰胺封端基团的优选螺旋折叠的肽模型可以如下进行。(a) 通过命令行构建β-肽的命令是betafab 2。它的第一个参数是新对象的名称。所有进一步的参数都是肽序列的构建块在我们的例子中：> betafab2 valxval ， ACE ， （ S ） B3hV ， （ S ） B3hA ， （ S ）B3hL，（2S3S）B23h（2A3A），（S）B3hV，（S）B3hA，（S）B3hL，NME默认情况下，肽以延伸构象构建（所有骨架二面角设置为180π）。每个残基所需的折叠可以在标记中给出：> betafab2 valxval_h14 m，ACE，（S）B3hV{H14 M}，（S）B3hA {H14 M}，（S）B3hL{H14 M}，（2S3S）B23h（2A3A）{H14 M}，（S）B3hV {H14 M}，（S）B3hA{H14 M}，（S）B3hL{H14 M}，NME在上述实例中，{H14 M}表示3 × 14螺旋，对应于骨架扭转-140.3π、66.5π和-136.8π。用户定义的骨架二面角也可以在括号中给出，例如[−140.3 66.5(b) 使用图形用户界面β- 肽 构 建 器 对 话 框 （ 如 图 所 示 ） 1 ） 可 以 从 PyMOL 的Plugin/BetaFab 2菜单项中调用。顶部可以使用窗口的“”来添加残基，András Wacha和Tamás Beke-Somfai软件X 13（2021）1006543图1.一、 β肽构建器对话框（左）和“VALXVAL”肽的构建模型（右）。调整了颜色以及主链（“sticks”）和侧链（“lines”）的表示黄色虚线显示3- 14螺旋的n→n+2氢键特征描述标记。另一种对用户更友好的向肽添加残基的方法是选择残基的性质然后按下较大的“添加"按钮。特殊的残基，如乙酰基、丁酰和N-甲基酰胺帽在下面有相应的按钮.最由肽的表格占据。已经定义的残基可以通过双击其各种属性（类型、Cα和Cβ手性、α和β侧链以及二级结构）并从下拉列表中选择适当的值来修改。也支持残基的重新排序。 编辑完成后，必须在下面的行输入小部件中写入对象名称。按下“Build "按钮创建模型。在底部发现另外两个便利按钮，一个 用 于 将 肽 保 存 为 .g96 文 件 （ GROMOS 96 文 件 格 式 ， 也 被GROMACS软件理解），另一个用于CHARMM兼容的CRD文件。pmlbeta支持的二级结构列表可通过“Plugin/BetaFab 2 dihedraleditor”菜单项访问用户可以修改所有列出的二级结构的主干二面角，以及创建新的条目。二级结构数据库在PyMOL的后续运行之间保存和保留。4. 影响这种PyMOL扩展有望促进β-肽的计算研究和设计的第一步，即分子模型的构建，到目前为止还没有普遍可用的工具。此外，由于β-肽的最独特的性质之一是其广泛多样的二级结构，因此将肽模型折叠成所需的构象也可以以直接的方式进行。程序已知的二级结构集是用户可扩展的。在我们的研究小组中，pmlbeta已经简化了肽设计和分子模拟中的常见任务。一个值得注意的例子是我们开发了针对β肽的CHARMM36m力场的扩展[18]。在这项工作中，pmlbeta被用于模型创建，可视化和分子动力学轨迹分析的重要组成部分此外，新插件的一个非常有用的方面是，它的用户友好的设置也使非理论导向图二. 双面编辑器对话框。科学家们可以在不到一分钟的时间内通过构建二级结构来直观地分析他们想要的序列，然后检查主要特征，预期的残基距离等。广泛的研究人员将以类似于研究天然分子的方式从这一发展中受益，例如PyMOL。5. 结论已经开发了PyMOL分子图形平台的扩展，用于构建和处理β-肽的分子模型。命令行和图形用户界面都实现了。除了β-氨基酸，还支持标准的α-残基，使程序成为扩展版本PyMOL的肽构建设施。用于处理β-肽的进一步设施，例如以各种格式输出，András Wacha和Tamás Beke-Somfai软件X 13（2021）1006544PyMOL直接支持，方便的选择器也是扩展的一部分。我们希望通过这个工具，可以为更广泛的研究社区消除计算βCRediT作者贡献声明András Wacha：概念化，方法论，软件，写作-原始草稿，可视化，形式分析，验证，调查。Tamás Beke-Somfai：资源，监督，项目管理，资金获取，写作-评论编辑。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作致谢这项工作由匈牙利国家研究、开发和创新办公室（NKFIH）提供 的 赠 款 资 助 （ OTKA-109588 、 PD 124451 、 PD 121326 、NVKP_16-1-2016-0007和 BIONANO_GINOP_2.3.2-15-2016-00017 ） 和 匈 牙 利 科 学 院 的Momentum计划（LP 2016 - 2）。玛丽·居里研究金。B. S.（MSCA-IF桶660030）已确认。作者希望表达他们对Bilal Nizami的感谢，感谢他的有益建议和代码审查，以及他们所有同事的支持。引用[1] 杨文龙，李晓梅. ChemBioChem2001;2：445-55.[2] 吴晓松，王晓松，王晓松.化学生物化学2002;3：257[3]Hook DF，Bindschädler P，Mahajan YR，Šebesta R，Kast P，Seebach D.化学生物学2005;2：591-632.[4]RathoreN，Gellman SH，de Pablo JJ.Biophys J 2006;91：3425[5]放大图片作者：J.抗微生物剂Chemother1998;42：2197-205.[6][10]李文辉，李文辉.化学生物化学2001;2：771-3.[7]LiuD，DeGrado WF.J Am Chem Soc 2001;123：7553[8]TewGN，Scott RW，Klein ML，DeGrado WF.Acc Chem Res 2010;43：30[9][10] Raman N，Lee M-R，Rodríguez López A de L，Palecek SP，Lynn DM.ActaBiomater2016;43：240-50.[10]Raman N，Marchillo K，Lee M-R，Rodríguez López A de L，Andes DR，PalecekSP，Lynn DM. ACS Biomater Sci Eng 2016;2：112[11]Zhang Q，Ma P，Xie J，Zhang S，Xiao X，Qiao Z，Shao N，Zhou M，ZhangW，戴春，钱英，齐芳，刘荣. Biomater Sci2019;7：2144-51.[12]作者：JL. 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