同源模建的方法与结果分析.docx

同源模建的方法与结果分析Version 1.0.2-------------------------------------------------------序言：作为一个以实验为主的生化工作者来说，很多时候可以通过分子生物学手段获取自己需要的目的基因，并在各种表达载体和宿主中进行对应蛋白的表达，随后对于这些蛋白的特性进行研究，这也是一般酶学研究的特定套路。而近十几年来，人们开始思考是否能够将特性与蛋白质的三级结构进行关联，从分子水平理解蛋白质与底物之间的相互作用呢？于是类似于蛋白结构模建、分子对接、分子动力学模拟、量化计算等多种手段相继被创造以及应用。在这些方法中，同源模建无疑是最基础也是最重要的一个步骤，因为其质量的好坏直接决定了后续工作是否可信。因此，本文打算就同源模建的基本原理、常用软件及服务器以及结果分析与改进提供一些个人的经验，并希望各位朋友能够给予批评指正。同源模建的原理及应用限制两点基本原理：1.一个蛋白质的结构由其氨基酸序列唯一的决定。知道其一级序列，至少在理论上足以获取其结构2. 结构在进化中更稳定，变化比序列层面的变化要缓慢许多。应用限制：模板蛋白和目标蛋白的序列一致性需要大于30%，且越大建模准确性越有保障。了解了基本的原理，我们需要知道在实际操作中，同源模建都需要怎么样进行。同源模建的过程从实践中可分为以下7个步骤：模板识别和初始比对在序列一致性比较高的时候，可以通过简单的序列比对程序如BLAST获取目标蛋白的结构（将比对的数据库选择为PDB数据库）。比对结果的校正用以上的方法确定一个或多个建模模板后，应该采用更为精确的方法已取得更优的比对结果。有时在序列一致性较低的区域比对两条序列可能会具有困难，这个时候，我们可以采取其他同源蛋白序列一起参与比对来找到解决的办法。主链生成比对完成后，就可以开始实际的建模过程了，相对与后面几步来说，主链建模时最没有难度的一步了，因为大部分软件都是通过简单的拷贝模板蛋白的主链坐标来实现这一目的的。环区建模这一部分主要是目标蛋白和模板蛋白的比对结果中存在缺口的部分如何处理的问题。第一种解决的方式是略去模板蛋白存在的残基，留下一个必须补上的缺口。另一种情况是将主链截断，插入缺少的残基。侧链建模当我们比较结构相似的蛋白质中保守残基的侧链构象时，我们会发现他们的侧链构象通常会比较相似。这就告诉我们如果加保守残基的侧链构象完整的拷贝到模建蛋白上时，在某些时候比先拷贝主链构象之后，再预测侧链构象来的可靠。但是这一经验规则在实际运用中仅在两者序列一致性较高，并且保守残基之间形成接触的情况下才能实现。因此，在现有的测序中，都是构造各种可能的构象体，并利用基于能量的函数打分来实现侧链构象的选择的。模型优化模型优化其实是一个比较复杂的问题，其质量依赖于高精确性的预测侧链构象体，而为了达到这种目的，我们需要正确的主链，这一步骤实际又依赖于侧链构象体正确的堆积。因此，这一优化过程是迭代直至收敛的过程。需要注意的是，对于结构进行能量优化需要十分谨慎。因此偏离正确结构的途径比指向正确结构的途径多很多。在优化中的每一步可以排除一些大的误差，但是也会引入很多小的误差，这些小的误差经过多步积累，就有可能使你的结果更加偏离正确的结构。模型验证所有的模型都包含误差，误差的多少主要依赖于两方面的内容：1.序列一致性的高低，越低的话引入误差的可能性就越大。2. 模板蛋白中的误差：如果这种误差是局域性的，尤其是远离活性位点的，对于你最后进行分子对接等研究室几乎没有影响的。如果是蛋白整体的，则需要小心处理。常用软件、服务器2.1常用服务器：①SWISS-MODEL: 网址/SWISS-MODEL可能是目前非专业人士应用最为广泛的一个在线建模服务器了。其常见的模式可分为：Automated mode:自动模式，可以称为是最傻瓜的方式了进去之后只需要填上你的email以及在底下的框框内输入你所想模建的蛋白序列，再点击submit modeling request即可，底下还有高级选项，支持自定义模板蛋白的pdb以及chain，或者自己上传模板文件，简而言之，真是非常易于操作。这种方法适用于PDB数据库中存在高度同源的蛋白结构时的建模(蛋白序列一致性最好大于80%，个人经验)Alignment mode:比对模式基本的操作和自动模式类似，但是其序列提交的时候可以提交目标蛋白与模板蛋白的序列比对结果(FASTA,MSF,ClustalW等格式)，如下所示：这种模式比较适合目标蛋白与模板蛋白具有较高的相似性，但是利用自动模式未必能找到最合适模板的情况，或者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，而不是更为相似的整体结构)Project mode:项目模式项目模式主要是针对于目标蛋白和模板蛋白序列的