【生信课程】05-蛋白质的结构-山东大学-生物信息学

蛋白质的结构

蛋白质的结构

蛋白质的结构可分为四级

• 一级结构也就是氨基酸序列，
• 二级结构是周期性的结构构象，比如α螺旋β折叠等。
• 三级结构是整条多肽链的三维空间结构。
• 四级结构是几个蛋白质分子形成的复合体结构，比如三聚体，四聚体等。

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形成肽链

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形成三级结构

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蛋白质的二级结构：DSSP 指认

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二级结构数据库

是研究人员根据 DSSP，也就是蛋白质二级结构定义词典，将三级结构里的二级结构单元指认出来的。然后再按照规定的格式，记录下蛋白质中每个氨基酸处于哪种二级结构单元。这样一个记录蛋白质二级结构信息的文件叫做 DSSP 文件。蛋白质结构数据库 PDB 中的每一个蛋白质三级结构都有自己对应的 DSSP 文件。DSSP 文件里不同字母所代表的不同二级结构单元和 PDB 里面的记录方式是统一的。

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DSSP 网站的 Web Server 可以指认蛋白质结构文件，也就是 PDB 文件中的二级结构，并创建出相应的 DSSP 文件。提交的PDB 文件可以是用实验方法刚刚解析出来，还没有提交 PDB 数据库的蛋白质三级结构，也可以是用计算方法预测出来的蛋白质三级结构模型。

总之，输入值必须是三级结构，而不是一级的氨基酸序列。

至于那些已经提交到 PDB 数据库中的蛋白质结构对应的 DSSP 文件可以从 DSSP 网站提供的 fpt 网址直接下载：

如果想要更加方便直观的查看蛋白质的二级结构信息，可以去 PDB 数据库网站。

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蛋白质的二级结构：PDB 获取

PDB
http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do

示例

1. 在PDB数据库搜索“3CIG”结构。查看二级结构信息
   http://www.rcsb.org/pdb/explore/remediatedSequence.do?structureId=3CIG
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蛋白质的二级结构：软件预测

预测蛋白质二级结构的软件

软件名称 网址链接
PSIPRED http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred
Jpred3 http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/
PREDICTPROTEIN http://www.predictprotein.org/
SSpro http://scratch.proteomics.ics.uci.edu/
PSSpred http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/PSSpred/
PREDATOR http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py?#forms::predator
GOR V http://gor.bb.iastate.edu/

PSIPRED（http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred）是一个蛋白质序列分析平台，它不仅可以预测二级结构，
还有很多其他分析功能，比如预测三级结构。

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目前的二级结构预测软件，目前仅能预测a螺旋和b折叠

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蛋白质的三级结构

蛋白质的三级结构是指整条多肽链的三维空间结构，也就是包括碳骨架和侧链在内的所有原子的空间排列。

第一个蛋白质的三维空间结构于 1958 年用 X-射线衍射法（X-rayCrystallography）测定。这种方法目前仍然是获取蛋白质三级结构的主要方法。PDB 数据库中绝大多数蛋白质结构都是用这种方法测定的。

另一个测定蛋白质三维空间结构的方法是核磁共振法（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）。无法结晶的蛋白质，可以利用核磁共振法在液体环境中进行结构测定。但是核磁共振法只能用于质量小于 70 千道尔顿的分子，大约对应 200 个氨基酸的长度。

除此之外，还有一些不太常用的方法也可以测定分子的三维空间结构，比如冷冻电子显微镜技术（Cyro-Electron Microscopy）。无论用什么方法测定的空间结构，都要提交到 PDB 数据库。

所以我们获取蛋白质三级结构最直接的办法就是去 PDB 搜索（图1，http://www.rcsb.org/）。

示例

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三级结构可视化软件 VMD：file & mouse

一 个 功 能 同 样 强 大 的 免 费蛋 白 质 三 维结 构可 视 化软 件VMD（http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd）。

VMD 由伊利诺伊大学研发。下载 VMD 需要先注册获得一个账户，之后就可以根据你的操作系统和机器配置选择合适的版本下载了。当然，如前所述，注册和下载对于非商业用途的用户都是免费的。VMD 的安装也极其简单。不需要预装任何语言环境，完全图形化安装过程，绝对可以轻松搞定。

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三级结构可视化软件 VMD：representation

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三级结构可视化软件 VMD：multiple representations

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三级结构可视化软件 VMD：display & lable

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计算方法预测三级结构

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预测优先顺序，不行则采用下一级（计算量逐步增大）

1. 同源建模法预测
2. 穿线法
3. 从头计算法

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同源建模法：SWISS-MODEL

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示例

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准确度

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穿线法

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预测方法

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从头计算法：QUARK

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2天以上，才能出结果

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综合法：ROBETTA

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预测选择

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模型质量评估

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SAVED

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SBC

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ModFOLD

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无论用哪一款软件，有三个都认为模型合格，就可以大胆使用。

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三级结构的比对

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SPDBC蛋白质结构分析

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同时打开两个PDB文件

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智能叠合

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取消选中，结构不同部分，两个序列参与选中的个数必须一样多，否则无法结合。

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再次点击结合。

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蛋白质分子表面性质

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将APBS插件放到VMD安装文件夹中。文件路径和文件名不能为中文

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创建PSF文件

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设置结果文件输出路径

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生成文件

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开始电荷检测

关闭VMD软件后，重新打开，否则会有不bug。
导入PDB和PSF文件,两个文件叠加

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开始预测

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输出路径
APBS.EXE插件文件

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运行电荷分布

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删除分子，准备重新载入

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载入4个文件

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这文件不需要加载

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载入顺序

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设置参数

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蛋白质的四级结构

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蛋白质-蛋白质分子对接-常用对接软件ZDOCK

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示例

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蛋白质-蛋白质份单子对接-相互作用面分析PDBePISA

从上一个软件中下载对接结果，进行下一步分析

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蛋白质-小分子 分子对接 AutoDock安装

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安装过程
因附件大小限制，附件只包括Autodock4安装文件autodock4.2.3_win32.exe和Python2.5安装包python-2.5.4.msi。MGLTools图形化软件安装文件mgltools_win32_1.5.6_Setup.exe 请大家自行前往AutoDock主页下载。
如需下载其他版本Python或Autodock，请参考以下步骤。

Autodock4安装文件autodock4.2.3_win32.exe下载：

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MGLTools图形化软件安装文件mgltools_win32_1.5.6_Setup.exe下载：

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Python2.5安装包python-2.5.4.msi下载： 软件仅支持低版本的python
设置环境变量

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在cmd输入autodock检测是否安装成功

autodock图形化安装界面

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如何使用autodock

创建空文件夹

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导入文件

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给小分子家氢原子

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给小分子加电荷

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保存文件

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删除软了的文件，delete

载入蛋白文件

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加氢气，加电荷

指定为对接的蛋白质

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调整小分子活动范围

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保存设置文件，导出git文件

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运行命令

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蛋白质-小分子 分子对接 AutoDock

导入

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默认参数

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计算，这个算法快。

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输出参数文件

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整合结果后，用VMD打开

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虚拟筛选 反向对接

虚拟筛选
ZINC数据库
AUTOdOCK4

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通过编写脚本，简化运行

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Autodock Vina

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分子对接-反向对接

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分子动力学模拟

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有趣的模拟视频
http://www.ks.uiuc.edu/Gallery/Movies/ChannelProteins/

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