APLICAÇÃO EM VRML PARA VISUALIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL
DE MOLÉCULAS
Guilherme Chagas Kurtz1, Tiago Bonini1, Marcos Luí
Luís Cassal2,
Virginia Cielo Rech3
Introduç
Introdução
Aminoá
Aminoácido Prolina – VRML
A Bioinformá
Bioinformática é uma área nova, visto que, existe a pouco mais de 10 anos, e que engloba
engloba vá
várias áreas das ciências
exatas e humanas, entre elas a informá
informática. O problema Bioinformá
Bioinformática se revela de suma importância, pois é uma área que
busca descobrir a cura para doenç
doenças, novos medicamentos, modos de prevenç
prevenção de doenç
doenças (medicina preventiva), ajudar na
agricultura, preservaç
preservação do meio ambiente, melhoramento dos alimentos, etc.
A alguns anos nem se imaginava que os cientistas poderiam contar com o auxilio dos computadores em suas pesquisas
e atualmente verificaverifica-se que a maioria dos grandes centros de pesquisa utilizam esse meio
meio computacional como ferramenta no
seu diadia-a-dia.
As aplicaç
aplicações em Realidade Virtual são encontradas em diversas áreas do conhecimento humano, sendo empregadas
em aplicaç
aplicações que promovem o laser, a educaç
educação, passeios virtuais, estudos em engenharia e arquitetura, teletele-operaç
operações e
Bioinformá
Bioinformática entre outras.
O principal objetivo deste trabalho é investigar e apresentar um estudo sobre Realidade Virtual e Bioinform
Bioinformáática, mais
especificamente direcionado à linguagem para desenvolvimento de ambientes virtuais VRML e sua aplicaç
aplicação na visualizaç
visualização
tridimensional de molé
moléculas.
DiferenciaDiferencia-se dos demais
aminoá
aminoácidos devido ao fato
de possuir uma estrutura
quimicamente coesa e
rígida, sendo o aminoá
aminoácido
mais rí
rígido dos vinte que
são codificados
geneticamente.
METODOLOGIA
A VRML (Virtual Reality Modeling Language) é uma linguagem para modelagem de ambientes de Realidade Virtual
que permite a criaç
criação de mundos em três dimensões, com a possibilidade de interaç
interação. Uma das caracterí
características desta
linguagem é a facilidade de utilizaç
utilização, uma vez que para navegar e interagir com o mundo virtual, o usuá
usuário necessitará
necessitará
apenas de um navegador Web com um plugplug-in especí
específico instalado.
Os aminoá
aminoácidos são as estruturas fundamentais das proteí
proteínas. Cada aminoá
aminoácido consiste de um grupo amino ((-NH2)
básico (alcalino), um grupo carboxí
carboxílico ((-COOH) ácido e uma cadeia lateral (grupo R) que é diferente para cada um dos 20
diferentes aminoá
aminoácidos. Cada variaç
variação no nú
número ou na seqü
seqüência de aminoá
aminoácidos produz uma proteí
proteína diferente, uma
grande variedade de proteí
proteínas. A situaç
situação é semelhante à utilizaç
utilização de um alfabeto de 20 letras para formar palavras. Cada
letra seria equivalente a um aminoá
aminoácido, e cada palavra seria uma proteí
proteína diferente.
A idé
idéia do projeto é o desenvolvimento de um software para web que permita a visualiza
visualizaçção 3D de aminoá
aminoácidos e
proteí
). O PDB é um grande de banco de dados desenvolvido com a
proteínas a partir de arquivos PDB(www.rcsb.org/pdb
PDB(www.rcsb.org/pdb).
finalidade de registrar todas as proteí
proteínas descobertas por cientistas do mundo inteiro, fazendo parte do
do projeto GENOMA.
(www.ncbi.nlm.nih.gov)
www.ncbi.nlm.nih.gov)
O estudo da VRML abordou as transformações geométricas (rotação, translação e escala), o instanciamento de
objetos e as primitivas básicas para a modelagem de objetos, bem como a sintaxe da linguagem. Nas figuras abaixo, são
apresentados alguns resultados obtidos com a aplicação da VRML em objetos simples.
Aminoá
Aminoácido Metionina – VRML
É um codão de iniciaç
iniciação na
síntese proteica. Para se
formar uma proteí
proteína, este
codão do DNA é lido em
primeiro lugar pela cé
célula,
marcando o ponto de iní
início da
síntese.
A tabela abaixo apresentam a lista dos 20 aminoácidos essenciais (aqueles que não podem ser
produzidos pelo corpo humano) e não essenciais (os quais o corpo humano pode sintetizar).
Tabela 1: Lista dos 20 aminoácidos
Cubo
Abajur visto de posições diferentes
Nos arquivos PDB foram analisados a arquitetura dos dados e o que cada campo da tabela representa,
compreendendo a seqüência de informações presentes em cada arquivo.
Exemplo de arquivo PDB
Aminoácido alanina - VRML
Na figura ao lado apresenta uma parte de um arquivo
PDB. Este arquivo está estruturado da seguinte forma:
a segunda coluna é uma identificação do átomo que
esta na terceira coluna. A quarta coluna representa o
aminoácido o qual este átomo faz parte. A quinta
coluna faz parte da identificação do aminoácido em si,
logo, juntando todos os átomos da terceira coluna que
tem o mesmo número identificador da quinta coluna,
estes formam o aminoácido representado na quarta
coluna.
Nome
Sigla
Fórmula
Alanina
ALA
C3 H7 N O2
C6 H15 N4 O2
Argilina
ARG
Asparagina
ASN
C4 H8 N2 O3
Acido aspartico
ASP
C4 H8 N2 O3
Cisteina
CYS
C3 H7 N O2 S
Glutamina
GLN
C5 H10 N2 O3
Acido Glutamico
GLU
C5 H9 N O4
Glicina
GLY
C2 H5 N O2
Histidina
HYS
C6 H10 N3 O2
Isoleucina
ILE
C6 H13 N O2
Leucina
LEU
C6 H13 N O2
Lisina
LYS
C6 H15 N2 O2
Metionina
MET
C5 H11 N O2 S
Fenilalanina
PHE
C9 H11 N O2
Prolina
PRO
C5 H9 N O2
Serina
SER
C3 H7 N O3
Treonina
THR
C4 H9 N O3
Triptofano
TRP
C11 H12 N2 O2
Tirosina
TYR
C9 H11 N O3
Valina
VAL
C5 H11 N O2
Aminoácido Glicina - VRML
Exemplo de estrutura
Aminoá
Aminoácido Arginina – VRML
tridimensional e seu
respectivo có
código em VRML
é um dos aminoá
aminoácidos
codificados pelo có
código
gené
genético, sendo portanto um
dos componentes das
proteí
proteínas dos seres vivos.
CONSIDERAÇ
CONSIDERAÇÕES
Até o momento foram modelados os aminoácidos em suas formas básicas, mas já está em fase de
implementação as suas formas variadas. A próxima etapa será a modelagem das proteínas a partir dos
arquivos PDB.
Com a realização deste estudo, pôde-se perceber que o auxílio de um profissional ligado a biologia,
é fundamental para o bom andamento das atividades. Neste projeto, a colaboração deste profissional foi
fundamental no entendimento da estrutura das moléculas e suas ligações.
SMITH, Colleen; MARKS, Allan D.; LIEBERMAN, Michael. Bioquímica Médica Básica de Marks. 2. ed. ARTMED, 2007
1
Aluno do Curso de Ciência da Computação;
H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne: The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research, 28 pp. 235-242 (2000)
2
Professor Orientador do Curso de Ciência da Computação – UNIFRA;
DANEK, Jan. Floppy’s Web3D Guide: The VRML Developer’s Library. Atualizada em 23/09/2007. Disponível em http://web3d.vapourtech.com/library/content.php?id=18
3
Professor Colaborador do Curso de Farmácia – UNIFRA;
AMES, Andrea L.; NADEAU, David R. and MORELAND, John L. The VRML 2.0 Sourcebook. John Wiley Computer, 1997.