Coot (software)

El programa Coot ( Crystallographic Object-Oriented Toolkit ) ^{[ 2 ] [ 3 ]} se utiliza para visualizar y manipular modelos atómicos de macromoléculas, típicamente de proteínas o ácidos nucleicos, mediante gráficos 3D por computadora . Se centra principalmente en la construcción y validación de modelos atómicos en mapas de densidad electrónica tridimensionales obtenidos mediante métodos de cristalografía de rayos X , aunque también se ha aplicado a datos de microscopía electrónica .

Coot muestra mapas de densidad electrónica y modelos atómicos, y permite manipulaciones como la idealización, el refinamiento en el espacio real, la rotación/traslación manual, el ajuste de cuerpos rígidos, la búsqueda de ligandos, la solvatación, las mutaciones, los rotámeros y la idealización de Ramachandran . El software está diseñado para que los usuarios principiantes puedan aprenderlo fácilmente, gracias a que las herramientas para tareas comunes son fácilmente accesibles mediante elementos familiares de la interfaz de usuario (menús y barras de herramientas) o mediante un comportamiento intuitivo (controles del ratón). Las mejoras recientes han optimizado la usabilidad del software para usuarios expertos, con combinaciones de teclas personalizables, extensiones y una interfaz de scripting completa.

Coot es software libre , distribuido bajo la licencia GNU GPL. Está disponible en el sitio web de Coot ^{[ 4 ]} , originalmente en la Universidad de York y ahora en el Laboratorio de Biología Molecular del MRC . También hay binarios precompilados disponibles para Linux y Windows en la página web y CCP4 , y para Mac OS X a través de Fink y CCP4. Se puede obtener soporte adicional a través de la wiki de Coot y una lista de correo activa de COOT. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

El autor principal es Paul Emsley ( MRC-LMB en Cambridge ). Otros colaboradores son Kevin Cowtan, Bernhard Lohkamp y Stuart McNicholas ( Universidad de York ), William Scott ( Universidad de California en Santa Cruz ) y Eugene Krissinel ( Laboratorio Daresbury ).

Coot permite leer archivos que contienen modelos de coordenadas atómicas 3D de estructuras macromoleculares en diversos formatos, como pdb , mmcif y Shelx. El modelo puede rotarse en 3D y visualizarse desde cualquier perspectiva. Por defecto, el modelo atómico se representa mediante un modelo de varillas, con vectores que representan los enlaces químicos. Las dos mitades de cada enlace se colorean según el elemento del átomo en ese extremo, lo que permite visualizar la estructura e identidad químicas de una forma familiar para la mayoría de los químicos.

Coot también puede mostrar la densidad electrónica, que es el resultado de experimentos de determinación de estructura como la cristalografía de rayos X y la reconstrucción por microscopía electrónica. La densidad se representa mediante una malla 3D. El nivel de contorno se controla con la rueda del ratón para facilitar la manipulación, lo que proporciona al usuario una forma sencilla de obtener una idea del perfil de densidad electrónica 3D sin la complejidad visual de múltiples niveles de contorno. La densidad electrónica se puede importar al programa desde formatos de mapa ccp4 o cns , aunque es más común calcular un mapa de densidad electrónica directamente a partir de los datos de difracción de rayos X, leídos desde un archivo mtz, hkl, fcf o mmcif.

Coot ofrece funciones avanzadas para la creación y el refinamiento de modelos (es decir, ajustar el modelo para que se ajuste mejor a la densidad electrónica) y para la validación (es decir, comprobar que el modelo atómico concuerda con la densidad electrónica obtenida experimentalmente y tiene sentido químico). La herramienta más importante es el motor de refinamiento en el espacio real, que optimiza el ajuste de una sección del modelo atómico a la densidad electrónica en tiempo real, con retroalimentación gráfica. El usuario también puede intervenir en este proceso, moviendo los átomos a las posiciones correctas si el modelo inicial está demasiado alejado de la densidad electrónica correspondiente.

Herramientas para la construcción de modelos

Herramientas para la construcción de modelos en general:

• Modo de trazado de átomos de carbono alfa : traza la cadena principal de una proteína colocando los átomos de carbono alfa correctamente espaciados.
• Zona Ca -> Cadena principal : convierte un trazado inicial de los átomos de carbono alfa en un trazado completo de la cadena principal.
• Coloque la hélice aquí : ajuste una secuencia de aminoácidos en conformación de hélice alfa a la densidad.
• Coloque la hebra aquí : ajuste una secuencia de aminoácidos en conformación de hebra beta en la densidad.
• ADN/ARN ideal : crea un fragmento de ADN o ARN ideal.
• Encontrar ligandos : encontrar y ajustar un modelo a cualquier molécula pequeña que pueda unirse a la macromolécula.

Herramientas para mover átomos existentes:

• Zona de refinamiento en el espacio real : optimiza el ajuste del modelo a la densidad electrónica, preservando la estereoquímica.
• Regularizar la zona : optimizar la estereoquímica.
• Zona de ajuste de cuerpo rígido : optimiza el ajuste de un cuerpo rígido a la densidad electrónica.
• Zona de rotación/traslación : posiciona manualmente un cuerpo rígido.
• Herramientas de rotámero (rotámero de ajuste automático, rotámero manual, mutación y ajuste automático, mutación simple)
• Edición de torsión (editar ángulos chi, editar torsiones de cadena principal, torsiones generales)
• Otras herramientas para proteínas (invertir péptidos, invertir cadenas laterales, cis <-> trans)

Herramientas para añadir átomos al modelo:

• Encuentra las moléculas de agua : agrega moléculas de disolvente ordenadas al modelo.
• Agregar residuo terminal : extender una proteína o cadena de nucleótidos.
• Agregar una conformación alternativa
• Colocar el átomo en el puntero

Herramientas de validación

En la cristalografía macromolecular, los datos observados suelen ser débiles y la relación entre observaciones y parámetros es cercana a 1. Como resultado, en algunos casos es posible construir un modelo atómico incorrecto en la densidad electrónica. Para evitarlo, se requiere una validación cuidadosa. Coot ofrece diversas herramientas de validación, que se enumeran a continuación. Tras construir un modelo inicial, es habitual comprobar todas estas herramientas y reconsiderar cualquier parte del modelo que se identifique como problemática antes de depositar las coordenadas atómicas en una base de datos pública.

• Diagrama de Ramachandran : valida los ángulos de torsión de una cadena proteica.
• Diagrama de Kleywegt : examina las diferencias entre las torsiones de las cadenas relacionadas con NCS.
• Volúmenes quirales incorrectos : compruebe si hay centros quirales con la quiralidad incorrecta.
• Aglomeraciones no modeladas : compruebe la densidad electrónica que no está contemplada en los átomos existentes.
• Picos del mapa de diferencias : compruebe si existen grandes diferencias entre la densidad observada y la calculada.
• Comprobar/Eliminar aguas : comprobar si hay moléculas de agua que no se ajusten a la densidad.
• Comprobar las aguas por diferencia de variación del mapa
• Análisis geométrico : comprobar si existen longitudes de enlace, ángulos, etc., improbables.
• Análisis omega de péptidos : comprobar si existen enlaces peptídicos no planares.
• Análisis de la varianza del factor temperatura -
• Valores atípicos del factor B de GLN y ASN -
• Análisis de rotámeros : compruebe si existen conformaciones inusuales en las cadenas laterales de las proteínas.
• Análisis de ajuste de densidad : identificar las partes del modelo que no se ajustan a la densidad.
• Colisiones de sondas : compruebe si hay átomos de hidrógeno con entornos inapropiados (utilizando Molprobity).
• Diferencias de NCS : compruebe si existen diferencias generales entre las cadenas relacionadas con NCS.
• Pukka puckers : comprueba si hay conformaciones inusuales de ADN/ARN.

Coot se basa en varias bibliotecas. Las herramientas cristalográficas incluyen la biblioteca Clipper ^{[ 7 ]} para manipular la densidad electrónica y proporcionar algoritmos cristalográficos, y MMDB ^{[ 8 ]} para la manipulación de modelos atómicos. Otras dependencias incluyen FFTW y la Biblioteca Científica GNU .

Gran parte de la funcionalidad del programa está disponible a través de una interfaz de scripting, que permite el acceso desde los lenguajes de scripting Python y Guile.

El software de gráficos moleculares CCP4mg ^{[ 9 ] [ 10 ]} del Proyecto Colaborativo de Computación Número 4 es un proyecto relacionado con el que Coot comparte parte del código. Los proyectos se centran en problemas ligeramente diferentes: CCP4mg se ocupa de gráficos y vídeos de presentación, mientras que Coot se ocupa de la construcción y validación de modelos.

El software ha ganado considerable popularidad, superando a paquetes ampliamente utilizados como 'O', ^{[ 11 ]} XtalView, ^{[ 12 ]} y Turbo Frodo. ^{[ 13 ]} Hasta abril de 2026, la publicación principal ha sido citada en más de 35 000 artículos científicos independientes desde 2004. ^{[ 14 ]}

• Sitio web de Coot
• Focha en Flathub