1、4.3 蛋白質結構數據庫蛋白質結構數據庫目錄4.3.1 PDB數據庫數據庫4.3.2 MMDB數據庫數據庫4.3.3 SCOP數據庫數據庫4.3.4 DSSP數據庫數據庫引言引言4.3.1 PDB數據庫數據庫1.簡介簡介 美國Brookhaven實驗室1971年建立的大分子結構數據庫PDB 蛋白質晶體結構資蛋白質晶體結構資料數據庫料數據庫 (Protein Data Bank)。 PDB數據庫的維護由結構生物信息學研究合作組織（Research Collaboration for Structural Bioinformatics, RCSB）負責。2.數據來源數據來源 通過實驗（X射線晶體衍

2、射，核磁共振，電子顯微鏡方法等）測定的生物大分子的三維結構。 主要是蛋白質的三維結構，還包括核酸、糖類、蛋白質與核酸復合物的三維結構。 3.數據統計數據統計 截止2008年4月，PDB數據庫已含有50277 個結構數據，其中約93%是蛋白質的結構。 Other 包括包括 proteins nucleicacids complexes X-ray NMR Microscopy 4.數據查詢數據查詢 PDB中的記錄有唯一的PDB-ID，包括4個字符串，可由大寫字母AZ和數字09組合而成。 PDB和它的鏡像站點提供每個PDB記錄的查詢，可按一些專門的查詢項目（如提交數據、作者姓名、結構表達）進行檢索

3、。 例例1：查詢：查詢“PDB ID = 1ADZ”的結構數據的結構數據(1)登陸PDB網站 /pdb/ (2)在上方的搜索欄選中“PDB ID or keyword ” ，在文本框中輸入“1ADZ”，單擊Site Search按鈕，出現結果。數據查看：數據查看：(3)分別單擊標簽Biology & Chemistry生物學和化學，Materials & Methods材料和方法，Sequence Details細分序列，Geometry幾何形態，觀察數據信息。也可以單擊Help查看幫助文件。(4)回到Structure Summary組織摘

4、要，標簽，在右側的Images and Visualization區域可以觀察蛋白的三維結構，可以單擊KiNG，Jmol，WebMol等查看三維結構。(5)單擊左側目錄中的Download Files下載不同格式和內容的文件；或下載FASTA序列文件；也可單擊1adz 右側的Download PDB file 圖標下載PDB文件(1adz.pdb)。 生物學與化學標簽生物學與化學標簽 方法標簽方法標簽 序列標簽序列標簽 幾何形狀標簽幾何形狀標簽 摘要標簽摘要標簽例例2：查詢：查詢“人人calmodulin (鈣調素蛋白：一種鈣結鈣調素蛋白：一種鈣結合蛋白合蛋白)” (1)登陸PDB網站 (2)

5、單擊Advanced search將Structure Title 限制為human和calmodulin 單擊Evaluate Query (3)得到多個結構數據，其中“PDB ID = 1GGZ”的搜索結果最符合要求，是人上皮細胞中的鈣調素樣蛋白，單擊此ID，進入1GGZ的具體界面。 電子教程電子教程5.數據結構數據結構 PDB中對于每一個結構記錄，包含名稱、參考文獻、序列、一級結構、二級結構和原子坐標等信息。 每條記錄有兩種序列信息，一種是顯式序列信息(explicit sequence)，一種是隱式序列信息(implicit sequence)。 在PDB文件中，以關鍵字SEQRES作

6、為顯式序列標記，以該關鍵字打頭的每一行都是關于序列的信息；PDB的隱式序列即為立體化學數據，包括每個原子的名稱和原子的三維坐標。 PDBPDB數據庫的詳細字段說明如下：數據庫的詳細字段說明如下：HEADER分子類，公布日期，ID號OBSLTE注明該ID號已改為新號TITLE說明試驗方法類型CAVEAT可能的錯誤提示COMPND化合物分子組成SOURCE化合物來源KEYWDS關鍵詞EXPDTA測定結構所用的試驗方法AUTHOR結構測定者REVDAT修訂日期及相關內容SPRSDE已撤銷或更改的相關記錄JRNL發表坐標集的文獻REMARK 1有關文獻REMARK 2最大分辨率REMARK 3用到的程

7、序和統計方法REMARK 4其他注解DBREF其他序列庫的有關記錄SEQADVPDB與其它記錄的出入SEQRES殘基序列MODRES對標準殘基的修飾HET非標準殘基HETNAM非標準殘基的化學名稱HETSYN非標準殘基的同義字FORMUL非標準殘基化學式HELIX螺旋SHEET折疊TURN轉角SSBOND有二硫鍵存在LINK殘基間化學鍵HYDBND氫鍵SLTBRG鹽橋CISPEP順勢殘基SITE特性位點CRYST1晶胞參數ORIGXn直角PDB坐標SCALEn直角部分結晶學坐標MTRIXn非晶相對稱TVECT轉換因子MODEL多亞基時顯示亞基號ATOM標準基團的原子坐標SIGATM標準差ANI

8、SOU溫度因子SIGUIJ各種溫度因素導致的標準差TER鏈末端HETATM非標準基團原子坐標ENDMDL亞基結束CONECT原子間的連通性有關記錄MASTER版權擁有者END文件結束6.結構模型顯示軟件結構模型顯示軟件 RasMol RasMol是一個進行分子三維立體結構顯示的軟件，可以非常方便地觀察蛋白質、核酸以及一些小分子的三維結構，并在自己的個人電腦上，以各種模式、各種角度，甚至按照自己的意愿旋轉，觀察此分子的微觀三維立體結構，進而了解化合物分子結構和各種微觀性質與宏觀性質之間的定量關系。例如：在例如：在RasMol軟件下觀察軟件下觀察1GGZ.pdb結構結構(1)下載并安裝RasMol

9、 （/software/rasmol/ ）(2)單擊開始程序RaswinRaswin，運行RasMol。(3)當運行RasMol時，程序首先打開具有黑色背景的主窗口（顯示窗口），同時也會打開另一個窗口，其背景色是白色的，被稱作“命令行窗口”。初始運行時，命令行窗口通常為最小化狀態，用ALT+TAB鍵切換，即可打開該窗口，在主顯示窗口的菜單中的任何選擇和操作，均可在此窗口中輸入命令行實現。(4)單擊RasMol主菜單上的“File/Open”載入“人上皮細胞calmodulin樣蛋白”的結構數據(即1GGZ.pdb)。(5)蛋白質分子的外觀立

10、體結構觀察：利用RasMol主菜單上的“Display”命令中的不同顯示模式來變換分子的三維立體結構的外觀。 (6)蛋白質分子的外觀立體結構的顏色顯示模式：利用主菜單上的“Colours”命令來選擇不同的顏色顯示模式，以進一步更直觀、清晰地展示所要觀察的分子的立體結構。 (7)蛋白質分子三維結構的選擇性顯示：RasMol主菜單中的“Display”和“Colours”命令主要用于分子的正常顯示，在主菜單上還有一個“Options”選項命令，可以進行一些非正常的顯示。 (8)蛋白質分子三維結構的旋轉顯示： 鼠標點擊窗口右方與下方的滾卷條，將以X軸或Y軸旋轉。 將鼠標移至主屏幕區，按住鼠標左鍵，移

11、動鼠標，就可以任意旋轉此分子。按住Shift鍵，同時按住鼠標的右鍵，移動鼠標，即可實現以Z軸旋轉。 通過命令行方式。(9)蛋白質三維立體結構圖像的輸出習題：1. PDB和RSCB的中英文全稱分別是什么？2. PDB中的數據主要來源于哪兩種實驗測定的生物大分子三維結構？3. PDB中的每條記錄有哪兩種序列信息？4. PDB記錄中的EXPDTA，HELIX，SSBOND各代表什么含義？4.3.2 MMDB數據庫數據庫1.簡介簡介 分子模型數據庫MMDB (Molecular Modeling Database)是一個關于三維生物分子結構的數據庫，是美國生物技術信息中心(NCBI)所開發的生物信息數

12、據庫集成系統Entrez的一個部分。 MMDB是來源于PDB三維結構的一部分，MMDB重新組織和驗證了這些信息，從而保證在化學和大分子三維結構之間的交叉參考。2.查詢查詢(1)登陸網站/Structure/MMDB/mmdb.shtml (2)在文本框中輸入“1ggz”(或者右下角的PDB/MMDB Code文本框中 )，單擊Go按鈕，顯示查詢結果。家族構成3D大分子結構保守區域數據庫3.三維結構顯示程序三維結構顯示程序 Cn3D Cn3D是MMDB一個配套的三維結構顯示程序，它具有可靠的顯示三維數據庫結構的能力。圖像以動畫形式顯示，用戶可以

13、旋轉或縮放結構，也可以用條帶圖、空間結構圖、熱能分布圖等方式來顯示，掌握分子結構的不同功能 (1)在剛才的查詢結果頁,單擊左側結構圖下方的View options，展開選項。(2)Tasks選擇Save File，Program選擇Cn3D，Drawing選擇Backbone。(3)在結構圖上單擊，下載文件3 。(4)下載并安裝Cn3D軟件。(5)開始程序NCBICn3DCn3D4.1注：MMDB采用ASN.1的記錄格式，而非PDB格式。4.3.3 SCOP數據庫數據庫1.簡介簡介 蛋白質結構分類數據庫SCOP (Structural Classification of Proteins)的目

14、標是提供關于已知結構蛋白質之間的結構和進化關系的信息，所涉及的蛋白質包括結構數據庫PDB中的所有條目。 SCOP數據庫除了提供蛋白質結構和進化關系信息外，對于每一個蛋白質還包括下述信息：到PDB的鏈接，序列，參考文獻，結構的圖像等。 SCOP的結構分類主要是通過人工來完成的，通過圖形顯示器觀察和比較蛋白質結構，并借助于一些軟件工具進行分析。2.分類的層次結構分類的層次結構(1)家族：具有明顯進化關系的蛋白質聚集到一個家族中，意味著兩個蛋白質之間的等同氨基酸殘基數超過30%。然而，在某些情況下，雖然兩個蛋白質序列不相似，但它們具有相似的結構和相似的功能，表明屬于同一個家族。 (2)超家族：超家族

15、中的成員具有遠源進化關系，具有共同的進化源。(3)折疊：無論有無共同的進化起源，只要具有相同無論有無共同的進化起源，只要具有相同排列和拓撲結構的主要二級結構，即將蛋排列和拓撲結構的主要二級結構，即將蛋白質分類為具有相同的折疊白質分類為具有相同的折疊。 3. SCOP查詢查詢 (1)網址：網址：http:/scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ (2)單擊單擊 top of the hierarchy SCOP首先從總體上將蛋白質進行分類，例如全型，全型，以平行折疊為主的/型，以反平行折疊為主的+型 等。例如：SCOP1.73版本有46456個全型蛋白質，該結構類型下有258個

16、折疊類。在這258個折疊類中的第一個超家族是類球蛋白；類球蛋白又包含4個家族，其中第一個家族包含6個結構域；每個結構域下面有很多蛋白質成員。也可以直接利用查找工具，查找特定的蛋白質也可以直接利用查找工具，查找特定的蛋白質1GGZ1GGZ。 4.3.4 DSSP數據庫數據庫1.1.簡介簡介 蛋白質二級結構數據庫DSSP (Database of Secondary Structure of Protein)是一個二級結構推導數據庫。對生物大分子數據庫PDB中的任何一個蛋白質，根據其三維結構推導出對應的二級結構。 2.分類分類結構描述分類-helixH310helixG-helixI-strand

17、E-bridgeB or bCoilC, L or spaceTurnTBendS3. DSSP查詢查詢(1)網址：http:/www.sander.embl-heidelberg.de/dssp/(2)DSSP的輸出文件 1adz.dssp(3)DSSPcont查詢/services/DSSPcont/ 習題：習題：1. MMDB，SCOP和DSSP的中英文全稱分別是什么？2. DSSP數據庫中二級結構共分為幾類，分 別代表什么？3. 簡要描述一下SCOP數據庫的分類層次。補充: MATLAB軟件下可用于軟件下可用于PDB數據庫的函數數據庫的函數 1. getpdb (Retrieve protein structure data from PDB datab