先來一張圖，總結(jié)一下

蛋白質(zhì)序列的可視化和預測模擬.png

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)描述

基因序列->氨基酸->組合表達成結(jié)構(gòu)->氨基酸脫水縮合形成肽鏈，肽鏈折疊形成三級結(jié)構(gòu)以后才能發(fā)揮作用。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的原理

通過一堆原子的三維坐標組成。對一級結(jié)構(gòu)的序列信息進行blast分析，得到詳細的序列profile，其次是骨架原子的相互關(guān)系，rosetta平臺通過建模將骨架原子的相對位置關(guān)系縮減為三個二面角。最后側(cè)鏈R，也是通過二面角。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的實質(zhì)是對坐標的預測，但是復雜度太高，目前使用二面角這種映射方式。

一級結(jié)構(gòu)：氨基酸序列

核苷酸序列翻譯為氨基酸序列

二級結(jié)構(gòu)：周期性的結(jié)構(gòu)構(gòu)象（α螺旋，β折疊，無規(guī)卷曲）

α螺旋：最常見
β折疊：平行排列，一級結(jié)構(gòu)可能相距很遠，但是二級結(jié)構(gòu)很接近
無規(guī)卷曲：無規(guī)律松散結(jié)構(gòu)。
β轉(zhuǎn)角：肽鏈發(fā)生急轉(zhuǎn)彎（大于90°）

DSSP

將已經(jīng)測定三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的各個位置指認出是哪種二級結(jié)構(gòu)，然后再將氨基酸處于哪個結(jié)構(gòu)單元指認出來。通過上傳一個PDB文件（描述蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的文件，可以從PDB數(shù)據(jù)庫中g(shù)et），獲得該結(jié)構(gòu)對應DSSP文件。輸入值一定要是三級結(jié)構(gòu)，不是一級的氨基酸序列。PDB數(shù)據(jù)庫也可以直接下載dssp文件。（dssp不夠直觀）

從PDB網(wǎng)站獲取二級結(jié)構(gòu)信息：

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clipboard1.png

PDB數(shù)據(jù)里存儲的所有蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)序列都以Fasta格式存儲在一個叫做ss.txt的文本文件里。（
https://cdn.rcsb.org/etl/kabschSander/ss.txt.gz
https://cdn.rcsb.org/etl/kabschSander/ss_dis.txt.gz
）
1.51.215.28/~gongj/biotools（排外！跟山大同學PY了一波才進去。）

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預測

PSIPRED：http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/
Jpred3:http://www.compbio.dundee.ac.uk/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/

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三級結(jié)構(gòu)

三級結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈的三維空間結(jié)構(gòu)，即，包括骨架和側(cè)鏈在內(nèi)的所有原子的空間排列。第一個蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)式由X射線衍射法測定的，現(xiàn)在還有核磁共振法。（有大小限制，200多個氨基酸的蛋白質(zhì)）

三級結(jié)構(gòu)可視化

VMD：

C原子是青色的，N原子是藍色,O原子是紅色的，H原子是白色的，還有少量黃色S原子。
左鍵3D旋轉(zhuǎn)，右鍵平面旋轉(zhuǎn)，中鍵放大縮小。

Mouse選項卡

clipboard4.png

Graphics下的Representations選項卡：
Style——以什么樣式顯示
Color——顏色
Selection——顯示哪些原子

Multiply representation

clipboard5.png

調(diào)整完以后保存狀態(tài)——Save Visulization State

Display and lable

Graphics-->colors

Pymol

根據(jù)某視頻，用盜版發(fā)表文章，會被追責
但是，我在Pymol官網(wǎng)找到了這樣一段描述：

“Open-Source Philosophy
PyMOL is a commercial product, but we make most of its source code freely available under a permissive license. The open source project is maintained by Schr?dinger and ultimately funded by everyone who purchases a PyMOL license. 
Open source enables open science.
This was the vision of the original PyMOL author Warren L. DeLano.”
從此描述來看，Pymol是一個開源項目，這是其創(chuàng)始者Warren Lyford DeLano老先生一直堅持的。
你大可以放心的免費使用源碼編譯后的Pymol用于學術(shù)研究。 

具體有待研究。

蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的預測

1.同源建模法：相似的氨基酸序列對應著相似的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

步驟：
①找到與目標序列同源的已知結(jié)構(gòu)作為模板（目標序列與模板序列間的一致度要》=30%）

②為目標序列與模板序列（可以多條）創(chuàng)建序列比對，通過比對軟件自動創(chuàng)建的序列比對還需要進一步人工校正。

③根據(jù)第二步創(chuàng)建的序列比對，用同源建模軟件預測結(jié)構(gòu)模型

④評估模型質(zhì)量并根據(jù)評估結(jié)果重復以上過程，直至模型質(zhì)量合格

SWISS-MODEL是一款全自動在線軟件：https://www.swissmodel.expasy.org/

如果目標序列與模板序列一致度極高，那么同源建模法師最準確的方法

2.穿線法(I-TASSER)：不相似的氨基酸序列也可以對應著相似的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

找能量最低的穿法，然后替換到模板結(jié)構(gòu)里，因此計算量大的多，時間也多。

3.從頭計算法（QUARK）：蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)決定于自身的氨基酸序列，并且處于自由能狀態(tài)。

4.綜合法：混合算法

選擇：

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模型質(zhì)量評估

Saves提供6個模型質(zhì)量評估軟件。（http://services.mbi.ucla.edu/SAVES）

三級結(jié)構(gòu)的比對

可用于探索蛋白質(zhì)進化及同源關(guān)系
改進序列比對的精度
改進蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測工具
為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類提供依據(jù)
幫助了解蛋白質(zhì)功能

工具：
SuperPose Version 1.0
SPDBV

蛋白質(zhì)分子表面性質(zhì)

表面形狀（VMD:SURF representation）
表面電荷分布
表面殘基可溶性（即殘基與溶劑接觸的程度，也就是哪些地方掩埋在內(nèi)部，哪些地方露在表面，哪些地方介于掩埋和暴露之間的中間狀態(tài)）

第一步、VMD創(chuàng)建PSF文件
第二步、APBS計算表面電荷分布

四級結(jié)構(gòu)：多個亞基形成的復合體

四級結(jié)構(gòu)是獨立的三級結(jié)構(gòu)單元聚集形成的復合物，其中每個獨立的三級結(jié)構(gòu)稱為亞基，也稱為單體。含兩個亞基的蛋白質(zhì)稱為二聚體，三個亞基稱為三聚體........

四級結(jié)構(gòu)的獲取

X射線衍射法
冷凍電子顯微鏡技術(shù)

蛋白質(zhì)分子對接（docking）

嘗試所有可能的結(jié)合形式，并根據(jù)打分函數(shù)給每種形式打分排名。
對接的過程中會考慮：

形狀互補
親疏水性
表面電荷分布

Rigid Docking 剛性對接

ZDOCK：http://zdock.umassmed.edu
GRAMM-X：http://vakser.bioinformatics.ku.edu/resources/gramm/grammx
PDBePISA：蛋白質(zhì)相互作用分析軟件

柔性對接，等下次更新

蛋白質(zhì)和小分子的對接過程

Autodock
下載并安裝圖形界面mgltools，載入小分子

小分子預處理：
edit下的Hydrogens，add，給小分子加上氫原子
edit-charges-computer gasteiger，給小分子加電荷
指定為對接的小分子：點ligand->input->choose->ad_ligand_select molecule for ad4
ligand->torsion tree->detect root，自動確定中心
ligand->torsion tree->choose torsion，確定對接過程中哪些鍵可以旋轉(zhuǎn)
保存加工結(jié)構(gòu)，ligand->output->save as PDBQT
刪掉小分子：edit->delete->delete molecule
蛋白質(zhì)預處理：
加H
加電荷
指定為對接的蛋白質(zhì)：grid->macromolecule->choose->ad_protein->select````,保存
grid->setmap types->directly
grid->grid box 小分子只在畫好的盒子里進行嘗試對接，設(shè)置好
file->close saving current
grid->output->save GPF

假設(shè)所有文件都保存在test文件夾下，打開cmd，進入test，輸入

autogrid4 -p test.gpf -l test.glg

虛擬篩選

化合物小分子數(shù)據(jù)庫ZINC：
http://zinc.docking.org
保存為mol2格式，可以用autodock做分子篩選。

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反向?qū)樱簩⒁粋€小分子與多個蛋白質(zhì)進行對接