關(guān)于同源建模詳細(xì)講解整理版第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、結(jié)構(gòu)生物學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)是以生物大分子特定空間結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的特定運(yùn)動(dòng)與生物學(xué)功能的關(guān)系為基礎(chǔ)，來闡明生命現(xiàn)象及其應(yīng)用的科學(xué)。以生物大分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的確定作為手段，研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，探討生物大分子的作用機(jī)制和原理作為研究目的。第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日三維結(jié)構(gòu)折疊進(jìn)化關(guān)系晶體或高濃度溶液中蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)突變、單核苷酸及保守殘基的分布蛋白質(zhì)配體復(fù)合物不同基團(tuán)的相關(guān)性形態(tài)和靜電屬性表面殘基暴露與分子構(gòu)成推測(cè)相互作用界面晶胞堆積抗原位點(diǎn)及表面修飾縫隙（酶活性位點(diǎn)）催化簇/結(jié)構(gòu)功能motif—催化機(jī)制配體和功能位點(diǎn)生物多聚態(tài)第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日總結(jié)來說三維結(jié)構(gòu)功能作用機(jī)制分子間互作功能注釋指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證功能確認(rèn)功能位點(diǎn)設(shè)計(jì)和改造蛋白藥物靶標(biāo)設(shè)計(jì)第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日X-射線晶體衍射（X-ray）多維核磁共振（

NMR）冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)生物學(xué)主要研究方法高濃度水溶液精確度≤X-ray晶體，準(zhǔn)確度最高細(xì)胞和細(xì)胞器第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日PDB數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（ProteinDataBank,PDB）是一個(gè)生物大分子(如蛋白質(zhì)和核酸)數(shù)據(jù)庫,內(nèi)容包括由全世界生物學(xué)家和生物化學(xué)家上傳的蛋白質(zhì)或核酸的X光晶體衍射或者NMR核磁共振結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。截止2013.4.28，PDB數(shù)據(jù)庫已測(cè)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)87368，而該庫中包含的一級(jí)序列有2200W。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足研究需要，于是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)就成為研究結(jié)構(gòu)生物學(xué)的一個(gè)有效手段。第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)之同源建模蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法：同源建模，折疊識(shí)別和從頭計(jì)算。同源建?；驹恚?、一個(gè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)由其氨基酸序列唯一的決定。由一級(jí)結(jié)構(gòu)，在理論上，足以獲取其二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)。2、三級(jí)結(jié)構(gòu)的保守型遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一級(jí)結(jié)構(gòu)的保守型。應(yīng)用限制：模板蛋白和目標(biāo)蛋白的序列一致性需要大于30%第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日同源建模的基本步驟1、模板蛋白搜索PDB數(shù)據(jù)庫、BLAST(或PSI-BLAST)、獲取模板（一個(gè)或多個(gè)）2、比對(duì)結(jié)果的校正3、主鏈生成4、環(huán)區(qū)建模5、模型優(yōu)化6、合理性檢測(cè)第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日同源建模在線服務(wù)器Swiss-modelI-TASSERHOMCOS1.0ESyPred3D第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日同源建模軟件第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)D形化軟件PymolPDB-viewerJmolRasmol第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日SWISS-MODELSWISS-MODEL:網(wǎng)址/非專業(yè)人士應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)在線建模服務(wù)器。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、自動(dòng)化、對(duì)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)免費(fèi)。第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日AutomatedmodeAutomatedmode:自動(dòng)模式，可以稱為是最傻瓜的方式提交自己的氨基酸序列+郵箱即可適用：一致性較高時(shí)第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日郵箱模型命名氨基酸序列Swiss-port/TrEMBL登錄號(hào)第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日AlignmentmodeAlignmentmode:比對(duì)模式提交目標(biāo)蛋白與模板蛋白的序列比對(duì)結(jié)果(FASTA,MSF,ClustalW等格式)

適用：1、較高的相似性2、利用Auto模式未必能找到最合適模板的情況3、使用者有目的的使用特定的模板蛋白(比如具有更為相似的活性位點(diǎn)結(jié)果，而不是更為相似的整體結(jié)構(gòu))第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日郵箱模型命名比對(duì)后的序列比對(duì)文件第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日ProjectmodeProjectmode:項(xiàng)目模式

難以直接通過序列比對(duì)獲得模板

需要人工插入調(diào)節(jié)(借助蛋白結(jié)構(gòu)編輯軟件deepview)

可以將前兩種模式模建出的蛋白進(jìn)行人為調(diào)整適用：相似性不高第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日

I-TASSAR

I-TASSAR:/I-TASSER/*也可以下載本地安裝包評(píng)價(jià)：根據(jù)結(jié)果質(zhì)量檢驗(yàn)，該服務(wù)器應(yīng)該是自動(dòng)建模的軟件里是結(jié)果最詳細(xì)的，二級(jí)結(jié)構(gòu)、top10模型、配體結(jié)合位點(diǎn)等等。缺點(diǎn)：計(jì)算結(jié)果時(shí)間比較長(zhǎng)

結(jié)果需要進(jìn)一步優(yōu)化第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日HOMCOS1.0HOMCOS1.0：tein.osaka-u.ac.jp/homcos/同源二聚體建模異源二聚體建模識(shí)別可能的互作蛋白第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日ESyPred3DESyPred3D：http://www.unamur.be/sciences/biologie/urbm/bioinfo/esypred/評(píng)價(jià)：自動(dòng)建模預(yù)測(cè)服務(wù)程序，ESyPred3D在目標(biāo)-模板比對(duì)這一步做出的結(jié)果較好,且在預(yù)測(cè)序列與模板序列相似度差時(shí)有較好的模型預(yù)測(cè)效果。第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日Modeller該軟件由Salilab開發(fā)，目前最新的版本是9.11，可在win下和linux運(yùn)行，需要對(duì)應(yīng)版本的python（<3.0）。完全免費(fèi)。主要功能包括：多聚體建模，二硫鍵建模，雜原子建模等(配體、輔酶等)。自帶一套模建結(jié)構(gòu)后的優(yōu)化、分析。But！

該軟件完全是命令行模式，操作相對(duì)復(fù)雜，可控制的地方多。第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日Easymodeller對(duì)于習(xí)慣于GUI的我們來說，modeller操作不太方便。于是。。。印度Hyderabad大學(xué)的一位牛人KuntalKumarBhusan為其編寫了一個(gè)GUI界面，即為EasyModeller。EasyModeller，目前最新版本為4.0。之后，又有SWIFTMODELLER，UCSFChimerainterface*注：圖形用戶界面（GraphicalUserInterface，GUI）第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、指定工作目錄2、輸入氨基酸序列3、加載模板信息（可指定加載某條鏈，可加載多模板）4、多重序列比對(duì)（可編輯比對(duì)結(jié)果）5、生成模型（自動(dòng)Loop建模，手工Loop建模）6、優(yōu)化模型Easymodeller2.0第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日氨基酸序列提交模板序列工作目錄多重序列比對(duì)模型優(yōu)化命令信息顯示窗口模型生成第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日同源模建結(jié)果評(píng)價(jià)與改進(jìn)策略同源模建結(jié)果的評(píng)價(jià)PROCHECK、WHATCHECK、ERRAT、Verify_3D、PROVEUCLA-DOE的SAVES服務(wù)器包括了這五種常用的檢測(cè)

其網(wǎng)址為：/SAVES/除SAVES外，Molprobity也是一個(gè)常用的在線模型分析工具，其網(wǎng)址為：/index.php第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日PROCHECK:以PDB中高分辨的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)為參考，給出提交模型的一系列立體化學(xué)參數(shù)（主鏈）。其輸出的結(jié)果包括：拉氏圖，主鏈的鍵長(zhǎng)與鍵角，二級(jí)結(jié)構(gòu)圖，平面?zhèn)孺溑c水平面之間的背離程度等。WHATCHECK:包含大量的檢測(cè)項(xiàng)，可以針對(duì)提交的蛋白結(jié)構(gòu)與正常結(jié)構(gòu)之間的差異，產(chǎn)生一個(gè)非常長(zhǎng)而且詳細(xì)的報(bào)告。ERRAT:計(jì)算0.35nm范圍之內(nèi)，不同原子類型對(duì)之間形成的非鍵相互作用的數(shù)目（側(cè)鏈）。原子按照C、N、O/S進(jìn)行分類，所以有六種不同的相互作用類型：CC、CN、CO、NN、NO、OO。得分＞85比較好。第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日Verify_3D:比較模型和氨基酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，獲得PASS評(píng)價(jià)即可。PROVE:與預(yù)先計(jì)算好的一系列標(biāo)準(zhǔn)體積之間的差別。用Z-score

來表示。Z-score作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)值，可以顯示模板蛋白質(zhì)和待測(cè)蛋白之間的匹配程度，當(dāng)Z-score較低時(shí)，就意味著沒有匹配搜索的結(jié)構(gòu)第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日實(shí)例以我研究的APSkinase的模型進(jìn)行實(shí)例講解：BLAST-PPDB數(shù)據(jù)庫尋找最合適模板3UIE和4FXP（53%）EsayModeller多模板建模SAVES檢測(cè)模型質(zhì)量Chiron模型優(yōu)化SAVES再次檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谌屙摚参迨唔?，編輯?023年，星期日①②③第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日模型名稱①②③④⑤⑥貼入序列加載模板（PDB文件）模板對(duì)齊多重序列比對(duì)生成模型模型優(yōu)化自動(dòng)Loop建模手動(dòng)Loop建模模型名稱第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日ManualLoopmodelingLoop優(yōu)化的起始?jí)A基加載一個(gè)需要優(yōu)化的PDB模型Loop優(yōu)化的結(jié)束堿基第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日手動(dòng)Loop建模后模型的文件第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日AdvancedOptimizationOptions加載優(yōu)化的模型自動(dòng)優(yōu)化模型生成分子動(dòng)力學(xué)軌跡(用VMD或CHIMERA打開查看)繪制模型的能量圖第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日DOPE(DiscreteOptimizedProteinEnergy)Energy第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日模型質(zhì)量檢驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峤籗AVES服務(wù)器（StructuralAnalysisandVerificationServer）進(jìn)行檢驗(yàn)第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日PROCHECKPROCHECK：本部分主要需要的是拉氏圖（RamachandranPlot），可下載ps格式、PDF格式以及JPG格式。落在核心區(qū)+允許區(qū)+最大允許區(qū)的堿基百分比大于95%的模型質(zhì)量很好。第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日Verify_3D78.74%oftheresidueshadanaveraged3D-1Dscore>0.2第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日ERRATOverallqualityfactor值越高越好，一般高解析度的晶體結(jié)構(gòu)該值可以達(dá)到95，而對(duì)于解析度一般的來說該值只能到91左右。本例中的ERRAT值為68.280,還需要繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日Chiron進(jìn)行優(yōu)化我們考慮采用計(jì)算量較少的Chiron服務(wù)器對(duì)模建結(jié)構(gòu)的clash進(jìn)行處理。Chiron服務(wù)器/chiron/processManager.php第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日修正前修正后第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日模型質(zhì)量再檢測(cè)用SAVES服務(wù)器對(duì)于經(jīng)過處理的蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行