蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬第1頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測反相折疊方法從頭折疊法常用的網(wǎng)站常用軟件第2頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四一、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)很大程度決定了蛋白質(zhì)的功能，因此現(xiàn)代生物學(xué)的一個大課題就是如何獲取蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)并對之進行分析。在藥物設(shè)計中，大多數(shù)藥物的靶酶（受體和酶）都是蛋白質(zhì)，精確的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)對于藥物分子和靶點之間的相互作用研究以及基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計都很重要目前，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的實驗測定方法主要有兩大類：基于X射線晶體衍射圖譜法（X-raycrystallography）和中子衍射法的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的測定;基于核磁共振法（NMR）、圓二色光譜法、激光拉曼光譜法、熒光光譜法、紫外差光譜法以及氫同位素交換法等的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象的測定。

其中利用X射線晶體衍射法測定出的蛋白質(zhì)分子構(gòu)象結(jié)果比較可靠。第3頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四但是，X射線方法的缺點在于：和溶液中的構(gòu)象相比，由于蛋白質(zhì)構(gòu)象在晶體中是靜態(tài)的，所以蛋白質(zhì)晶體不能測出不穩(wěn)定的過渡態(tài)構(gòu)象；很多蛋白質(zhì)很難結(jié)晶，或者很難得到足夠大的單晶用于結(jié)構(gòu)分析；X射線晶體衍射的工作流程較長。第4頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四目前，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)預(yù)測主要采用同源蛋白預(yù)測的方法，但這非常依賴模板蛋白的序列同源性，如果序列同源性較差，那么預(yù)測結(jié)構(gòu)一般較差。此外還有些蛋白質(zhì)，比如生物膜上的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)還很少，因此這類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測還存在很大的困難。但這幾年出現(xiàn)了大量反相折疊的方法，它們對于序列同源性較差、但是結(jié)構(gòu)同源性較好的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測提供了希望。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測方法大致上可分為三類：同源模建、反相折疊和從頭預(yù)測。第5頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四1.同源模建同源模建（homologymodeling）的基本假設(shè)是序列的同源性決定了三維結(jié)構(gòu)的同源性，一個未知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子（目標(biāo)蛋白）的結(jié)構(gòu)是可以通過與之序列同源且結(jié)構(gòu)已知的蛋白質(zhì)（參考蛋白）來進行預(yù)測的。一般情況下，如果模型蛋白的序列（目標(biāo)序列）與參考蛋白的序列之間的序列同源性在50%以上，則通過參考蛋白準(zhǔn)確搭建出來的蛋白具有很高的準(zhǔn)確性；若序列同源性在30%~50%之間，則通過同源模建的方法很難得到好的結(jié)果第6頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四1、序列同源蛋白搜索2、選擇最適蛋白模板3、蛋白同源建模4、Loop、側(cè)鏈重構(gòu)，能量最優(yōu)5、蛋白結(jié)構(gòu)評估同源模建基本操作步驟第7頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四1.1同源蛋白的搜索在搭建模型蛋白之前，需要找到和目標(biāo)序列同源且已知晶體結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，即需要找出構(gòu)建模型的參考蛋白。這個步驟可以通過搜索蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（例如Swiss-Prot，PDB，SCOP，CATHandDALI）來完成。在同源蛋白的搜索中，F(xiàn)ASTA是第一個廣泛使用的數(shù)據(jù)庫搜索程序（Lipman1985，Pearson1988）。在FASTA的計算中，第一步找到高得分的局部區(qū)域，然后連接這些高得分的局部區(qū)域，連接時空位所引起的罰分需要減去。最后給出這個目標(biāo)氨基酸的整體得分來評價它和參考蛋白質(zhì)之間的序列同源性。第8頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四模板的首要條件是其蛋白質(zhì)序列與未知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)序列之間的一致性必須大于30%，假如可作為模板的結(jié)構(gòu)很多，則從這些結(jié)構(gòu)中選擇更適當(dāng)?shù)淖鳛槟０澹瑏硖岣咝陆Y(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。選擇適當(dāng)模板可參考以下方式：經(jīng)由多重序列排列或演化樹的分析找出與未知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)序列最接近的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，亦即一致性比較高的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)這些候選結(jié)構(gòu)中，考慮它們的Resolution﹤3埃和R-factor越低越好結(jié)構(gòu)越完整越好，尤其是環(huán)狀結(jié)構(gòu)部分在較大的蛋白質(zhì)因其殘疾無法解析出來而容易被省略選擇與未知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)作用最接近的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如配體受體（ligand-boundreceptor）、酶的活性部位（activesiteofanenzyme）、蛋白質(zhì)狀態(tài)close-form/openform及其他第9頁，共10頁，2023年，2月20日，星期四1.3序列比對序列定位和排列時同源蛋白質(zhì)預(yù)測的關(guān)鍵步驟，關(guān)系著最終模型結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。通過序列排列和定位可以確定序列保守區(qū)域，得到同源蛋白的結(jié)構(gòu)排列，為下一步給SCRs賦坐標(biāo)