【正文】 模（ free modeling） 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預測 （一）穿線法預測蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu) 穿線法是用于檢測進化相關的序列和相似的折疊 ， 接受與靶蛋白非常相似的結(jié)構(gòu) 。其中 Hh有 150個氨基酸，占 %； Ee有 110個氨基酸，占 %； Tt有 52個氨基酸，占 %；Cc有 270個氨基酸，占 %。由圖看出： Jpred方法預測的 MMP14二級結(jié)構(gòu)有 8個 α 螺旋區(qū)（ H）和 23個 β 折疊區(qū)（ E），其他區(qū)域均為無規(guī)則卷曲區(qū)（ ）。 人基質(zhì)金屬蛋白酶 MMP14(Matrix metalloproteinase, MMP14)氨基酸序列的 fasta形式 可從 NCBI的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫獲得(gi|4826834|ref||matrix metalloproteinase 14 preproprotein [Homo sapiens])。 2．運用圖論法 將蛋白質(zhì)看做是互相作用的殘基的三維圖形，這里不涉及任何共價結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)域的問題這里就變成將這個圖分割成幾批殘基，使這幾批殘基之間的相互作用最小。 一、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預測方法及軟件 （一）蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預測方法 1． DPM（雙重預測方法） 2． DSC 3． PHDsec 4． SOMPA 5． MLRC 6． Jpred （二）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域識別方法 通過分析氨基酸 CC鍵的距離，將每一套蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)里的結(jié)構(gòu)域進行測量。根據(jù)安芬森的熱動力學原理，蛋白質(zhì)在細胞中應該處在它與環(huán)境的自由能最低態(tài)。 點擊上述查詢結(jié)構(gòu)頁面 domain ID為 1ucrA00的超鏈接，CATH數(shù)據(jù)庫將列出該結(jié)構(gòu)域相關的序列家族、結(jié)構(gòu)、序列和數(shù)據(jù)更新歷史記錄等結(jié)果；并可進一步獲得三維結(jié)構(gòu)。 結(jié)果顯示 1ucr為二聚物，它的每條鏈都有自己特異的鏈標識（如1ucrA和 1ucrB）。 以蛋白質(zhì) 1ucr為例的搜索結(jié)果 1ucr包括兩個結(jié)構(gòu)域，分別為‘ 1ucrA00’和‘ 1ucrB00’。 CATH蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫與另外一個蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫 SCOP相比，后者更注重從蛋白質(zhì)進化的角度來對蛋白質(zhì)進行分類，而 CATH數(shù)據(jù)庫偏重于從結(jié)構(gòu)角度對蛋白質(zhì)分類。 蛋白質(zhì)圖形操作和性質(zhì)測定 第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫 Protein Structure Databases 一、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫 PBD PDB數(shù)據(jù)庫收錄條目一覽表 實驗方法 分子類型 總數(shù) 蛋白質(zhì) 核酸 蛋白 /核酸復合物 其他 X射線衍射 48 225 1168 2216 17 51 626 NMR 6993 869 150 6 8018 電鏡 171 16 65 0 252 其他 130 5 5 10 150 總數(shù) 55 519 2058 2436 33 60 046 以人類淚液載脂蛋白為例，具體介紹下其在 PDB數(shù)據(jù)庫中結(jié)構(gòu)檢索和可視化過程 第一步： 輸入關鍵字 “ HUMAN TEAR LIPOCALIN” 第二步： 選擇人類淚液載脂蛋白 1XKI 第三步： 點擊 Biology Assembly面板展示其結(jié)構(gòu)圖 第四步： 1XKI結(jié)構(gòu)展示圖 二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫 SCOP SCOP（ structural classification of protein）數(shù)據(jù)庫是一個包含已有結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫，依據(jù)不同 蛋白質(zhì) 的氨基酸組成的相似性及三級結(jié)構(gòu)，詳細描述已知結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)之間的功能及進化關系， SCOP數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建除了使用計算機程序外，主要依賴于人工驗證。 1. 圖形界面左上側(cè)列出主要的可操作對象并分成幾個層次，包括所選對象、蛋白質(zhì)、整體等； 2. 每個層次的對象有五種主要操作：動作 (A: action)、顯示 (S: Show)、隱藏 (H: hide)、標記 (L: Label)、上色(C: Color)。只要安裝蛋白質(zhì)分子圖形學軟件，并獲得所需蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，配以商業(yè)軟件或免費的小分子圖形設計系統(tǒng)，就可開展結(jié)構(gòu)生物信息學的探索性工作。其獨特優(yōu)勢為：可以用不同的方法對均一的（如膜蛋白的二維晶體，二十面體對稱的病毒等對稱結(jié)構(gòu)）和不均一的（如核糖體等）樣品進行三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)，同時，冷凍電子顯微鏡是唯一的能研究小到蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)復合物，大到細胞器甚至整個細胞的方法 。將樣品進行不同角度的傾斜所獲得的數(shù)據(jù)進行綜合分析，并依據(jù)樣品的不同特性使用不同的重構(gòu)技術獲得分子的結(jié)構(gòu)，在此基礎上觀察多種成分的圖像變化，追蹤生物大分子的裝配及其動力學過程。 X衍射晶體分析技術和 NMR技術的比較 （三）冷凍電子顯微鏡技術 采用高壓快速液氮冷凍方法使樣品包埋在玻璃態(tài)的水環(huán)境中，使我們能夠觀察到生物大分子在天然狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)；同時冷凍的速度極快，把細胞在其生理活動的某些特定時刻固定下來，顯示此時的結(jié)構(gòu)特點，進而可通過不同功能狀態(tài)的瞬時構(gòu)象變化來研究生物分子的功能。但其無需制備晶體標本，可在溶液中直接測定，也可進行固相測定，因此利用 NMR法使得某些無法獲得晶體結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)或非液相蛋白質(zhì)（如膜蛋白）的結(jié)構(gòu)測定成為可能。 常用 NMRPipe和 SPARKY軟件處理這些過程，使用 XEASY， DYANA和 GARANT等軟件分析側(cè)鏈或骨架結(jié)構(gòu)。 晶體結(jié)構(gòu)分析的常用軟件有 SOLVE， RESOLVE等。 四、蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的實驗解析方法 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)實驗分析主要有 三大技術平臺 （一） X衍射蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析 （二）核磁共振波譜分析 （三）冷凍電鏡技術 （一）蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu) X衍射分析 摸索蛋白質(zhì)結(jié)晶條件、快速處理晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和減少差錯是目前蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析的兩大難題或瓶頸。 （二）蛋白質(zhì)家族分類 目前建立在結(jié)構(gòu)域基礎上的蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)庫有PROSITE、 PRINTS、 Pfam、 SMART、 SWISS、 PROT、ProDom 和 BLOCKS等，每個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫運用不同的原理來識別結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)超家族；將它們結(jié)合起來可以更準確地歸類蛋白質(zhì)家族和描繪結(jié)構(gòu)域。 三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域與家族分類 （一）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域 是構(gòu)成蛋白質(zhì)亞基的緊密球狀區(qū)域，為介于二級與三級結(jié)構(gòu)之間的一種結(jié)構(gòu)層次；是蛋白質(zhì)中可以具有獨立三級結(jié)構(gòu)的部分，通常由一個基因外顯子編碼，并可具有特定的功能。 （四）四級結(jié)構(gòu)的主要類型和特征 PBO1蛋白質(zhì)呈現(xiàn)的對稱結(jié)構(gòu) 偶數(shù)亞基形成的四級結(jié)構(gòu)具有較高的對稱性 二、蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)中二級結(jié)構(gòu)的測定與指認 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)詞典 (dictionary of secondary structures of proteins, DSSP)來自模式識別技術，其僅依據(jù)主鏈肽鍵基團的坐標判斷主鏈肽鍵基團間是否形成氫鍵，計算氫鍵能量低于－ kcal/mol則有氫鍵形成，用于搜索 α 螺旋和 β片層結(jié)構(gòu)是否存在。為了形成穩(wěn)定的四級結(jié)構(gòu)，必然要求相互作用的任兩個蛋白質(zhì)間在空間外形互補以增加接觸面且理化性質(zhì)互補。 全 a螺旋蛋白質(zhì) 人血清白蛋白 (上圖 a,b)和細菌視紫紅質(zhì) (下圖 ac) 全 β 折疊蛋白質(zhì) 人晶狀體蛋白 (上圖 c, d)和大腸桿菌 NANC離子通道蛋白 (下圖 f) a螺旋 /β 折疊蛋白質(zhì) 細胞表面標志蛋白 CD98(圖