同源建模详细讲解-整理版

1、西大Song 2013.5.3 报告内容 1、同源建模的基础-结构生物学 2、蛋白质结构预测之同源建模 3、同源建模的基本步骤 4、同源建模常用软件介绍-在线服务器 5、同源建模常用软件介绍-Modeller 6、模型质量检测 1、结构生物学 结构生物学是以生物大分子特定空间结构、结构的特定 运动与生物学功能的关系为基础，来阐明生命现象及其应用的 科学。 以生物大分子三级结构的确定作为手段，研究生物大分 子的结构与功能关系，探讨生物大分子的作用机制和原理作为 研究目的。 三维结构 折叠 进化 关系 晶体或高浓度 溶液中蛋白质 的四级结构 突变、单核苷酸及 保守残基的分布 蛋白质配体 复合物 不

2、同基团的 相关性 形态和静 电属性 表面残基暴露 与分子构成 推测相互作用界面 晶胞堆积 抗原位点 及表面修 饰 缝隙（酶活 性位点） 催化簇/结构功能 motif催化机制 配体和功能 位点 生物 多聚态 总结来说 三维结构 功能 作用机制 分子间互作 功能注释 指导实验 验证功能 确认功能位点 设计和改造 蛋白 药物靶标 设计 X- 射线晶体衍射 （X-ray） 多维核磁共振 （ NMR ） 冷冻电子显微镜 结构生物学主要研究方法 高浓度水溶液 精确度X-ray 晶体，准确度最高 细胞和细胞器 PDB数据库 蛋白质数据库（Protein Data Bank,PDB）是一个生物大分子( 如蛋白

3、质和核酸)数据库, 内容包括由全世界生物学家和生物化 学家上传的蛋白质或核酸的X光晶体衍射或者NMR核磁共振结 构数据。 截止2013.4.28，PDB数据库已测结构的蛋白质87368，而该 库中包含的一级序列有2200W。 通过实验测定的蛋白质结构远远不能满足研究需要，于是蛋白 质结构预测就成为研究结构生物学的一个有效手段。 蛋白质结构预测之同源建模 蛋白质结构预测方法： 同源建模，折叠识别和从头计算。 同源建模基本原理： 1、一个蛋白质的结构由其氨基酸序列唯一的决定。由一级结构， 在理论上，足以获取其二级、三级结构。 2、三级结构的保守型远远大于一级结构的保守型。 应用限制：模板蛋白和目标

4、蛋白的序列一致性需要大于30% 同源建模的基本步骤 1、模板蛋白搜索 PDB数据库、BLAST(或PSI-BLAST) 、获取模板（一个或多个） 2、比对结果的校正 3、主链生成 4、环区建模 5、模型优化 6、合理性检测 同源建模在线服务器 Swiss-modelI-TASSER HOMCOS 1.0ESyPred3D 同源建模软件 图形化软件 Pymol PDB-viewer Jmol Rasmol SWISS-MODEL SWISS-MODEL: 网址/ 非专业人士应用最为广泛的一个在线建模服务器。 特点：简单、自动化、对学术团队免费

5、。 Automated mode Automated mode:自动模式，可以称为是最傻瓜的方式 提交自己的氨基酸序列+邮箱即可 适用：一致性较高时 邮箱邮箱 模型命名模型命名 氨基酸序列氨基酸序列 Swiss-port/TrEMBLSwiss-port/TrEMBL登录号登录号 Alignment mode Alignment mode: 比对模式 提交目标蛋白与模板蛋白的序列比对结果(FASTA,MSF,ClustalW等 格式) 适用：1、较高的相似性 2、利用Auto模式未必能找到最合适模板的情况 3、使用者有目的的使用特定的模板蛋白 (比如具有更为相似的活性位点结果，而不是更为相似的

6、整体结构) 邮箱邮箱 模型命名模型命名 比对后的序列比对后的序列 比对文件比对文件 Project mode Project mode:项目模式 难以直接通过序列比对获得模板 需要人工插入调节(借助蛋白结构编辑软件deepview) 可以将前两种模式模建出的蛋白进行人为调整 适用：相似性不高 I-TASSAR I-TASSAR: /I-TASSER/ *也可以下载本地安装包 评价：根据结果质量检验，该服务器应该是自动建模的软件里是结 果最详细的，二级结构、top10模型、配体结合位点等等。 缺点：计算结果时间比较长 结果需要进一

7、步优化 HOMCOS 1.0 HOMCOS 1.0：tein.osaka-u.ac.jp/homcos/ 同源二聚体建模 异源二聚体建模 识别可能的互作蛋白 ESyPred3D ESyPred3D ： http:/www.unamur.be/sciences/biologie/urbm/bioinfo/esypred/ 评价：自动建模预测服务程序，ESyPred3D在目标-模板比对这一 步做出的结果较好,且在预测序列与模板序列相似度差时有较好的 模型预测效果。 Modeller 该软件由Sali lab开发，目前最新的版本是9.11，可在win下和linux 运行，需要对应版本的python （ 0.2 ERRAT Overall quality factor值越高越好，一般高解析度的晶体结构该值 可以达到95，而对于解析度一般的来说该值只能到91左右。本例 中的ERRAT值为68.280, 还需要继续优化改进。 Chiron进行优化 我们考虑采用计算量较少的Chiron服务器对模建结构的clash进行 处理。 Chiron服务器 /chiron/processManager.php 修正前 修正后 模型质量再检测 用SAVES服务器对于经过处