作者Evil Genius今天我们需要总结一些结构生物学的内容。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。结构生物学的工作流程结构生物学主要的研究方法X-射线衍射X-射线衍射优点:·可以在原子级别上解析蛋白质的三维结构。·样品要求相对较低只需要纯化的蛋白质晶体。·可以解析较大蛋白质复合物的结构如蛋白-蛋白复合物。·解析速度较快一个结构通常在几天到几周内可以解析。·可以定量分析蛋白质结构中的水分子、金属离子等成分。·可以进行室温结构生物学研究,模拟蛋白质在生理条件下的结构变化。X-射线衍射缺点:·需要得到良好的蛋白质晶体,这个过程比较困难。·对于难以结晶的膜蛋白等大分子结构解析困难。.辐射损伤会影响蛋白质的本源结构。·相位问题会使结构解析更为复杂。·对较小的结构变化敏感性较差。·需要大型同步辐射光源设备。·解析的结构代表一个稳定状态,难以显示蛋白质的动力学信息。·解析成本较高。多核磁共振多核磁共振优点:·可以在溶液状态下直接观测蛋白质结构更接近生理条件。·可以解析难以结晶的膜蛋白等大分子的结构。·不需要大型设备可以获得蛋白质定量的结构信息。·可以研究蛋白质的动力学行为如域的运动、构象变化等。·可以定位蛋白质与相互作用分子的结合位点。·样品准备简单,不需要结晶。·可以进行实时观测,检测蛋白质快速结构变化。多核磁共振缺点:·解析的分子大小限制较小,通常只能得到蛋白质结构的一部分信息。·解析难度大需要复杂的技术对信号进行解析。·成像分辨率较低,只能得到蛋白质结构的较粗细节。·样品需高浓度解析膜蛋白等难度大。·解析周期长一个结构需要几周到几个月。·对解析结果的解释较为复杂。·设备维护费用高。·不如X射线能提供蛋白质原子精细结构信息。电子显微镜电子显微镜优点:·可以在近原始状态下观察大分子复合物的结构条件更接近生理环境。·样品准备简单只需要在冷冻条件下制备样品。·可以解析难以结晶的大分子复合物的结构,如病毒粒子。·可以直接观察样品无需计算衍射图案的相位问题。·可以解析膜蛋白复合物的结构。·可以获得分子的三维结构信息。·分辨率正逐步提高,最新冷冻电镜可以达到原子分辨率。电子显微镜缺点·分辨率仍较低,通常只能得到亚纳米级分辨率的结构。·难以对小分子和中等大小蛋白质进行结构解析。·样品易受束缚状态和冷冻损伤的影响。·需要复杂的数据处理和计算重建三维结构。·解析周期较长需要数周到数月。·解析结果可能不如X射线衍射结构精确。·需要高端昂贵设备。·结果可能受制备过程引入的人为因素影响。同源建模同源建模基本原理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同源建模功能以及使用场景构建目标蛋白与模板蛋白高同源度区域的比较精细模型。典型场景是目标蛋白与模板蛋白序列同一性(identities)大于等于30%时可以构建出较精确的模型。为目标蛋白未知区域提供比较粗糙的模型。当目标序列与模板序列同源度低时可以构建未知区域的粗模型,提供结构猜想。预测目标蛋白与配体的相互作用模式。如果模板包含配体,可以预测目标蛋白与类似配体的结合方式。为目标蛋白的点突变提供结构基础。同源模型可以评估点突变对本地结构的影响。提供酶促反应机制研究的起点。如果模板是酶其活性中心结构可以帮助设计变异提高酶活性。辅助晶体结构的解析和构建完整模型。同源模型可以补充实验结构中未解析区域。为计算生物学和结构生物信息学研究提供结构基础。同源模型可以在无实验结构时开展相关计算和预测。GMQE(Global Model Quality Estimation)是评价蛋白质同源建模结果的一个重要指标,它代表模型的整体质量评分。它是由Swiss-Model服务器在同源建模过程中给出的一个0到1之间的分数反映结果模型的整体质量。具体来说,更高的GMQE分数表示:模板与目标序列具有更高的同源性。·目标区域与模板结构的比对更加可靠。最终建模结果模型的立体结构更加准确可靠。因此,GMQE评分越高,通常意味着同源模型的质量越好,结构预测的准确性越高。如果GMQE大于0.7,则被认为该模型质量很好;如果GMQE在0.4-0.7之间,说明模型质量可以接受;而GMQE低于0.4的模型质量比较差,结构不太可靠。QSQE的全称是QualityEstimate Score,即质量评估分数。它是同源建模软件ModeLLer在构建蛋白质同源模型时给出的一个0-1区间的分数反映结果模型的局部区域质量。具体来说,更高的QSQE分数表示:目标区域与模板结构的比对更加准确可靠。模型局部结构的原子坐标更精确。局部区域的立体结构更加符合几何和能量参数。因此,QSQE评分越高,通常意味着同源模型的局部区域质量越好结构更精确。如果QSQE大于0.7,则可以认为该局部模型质量非常好;QSQE在0.4-0.7可接受;而QSQE低于0.4的区域预测质量比较差。自带的模型结果的评价local Quality Estimate的主要意义有:反映模板与目标序列在局部区域的比对质量。如果某区域的Local Quality Estimate较低,表示该区域的模板与目标序列比对不可靠,同源性较弱。Local Quality Estimate较高区域表示坐标预测更精确,质量更好。评估模型的几何立体化学质量。考虑残基间距离、二面角等参数。提供模型整体质量的综合评分。结合几何和能量参数进行评估。评分经过标准化可以直接比较不同模型。分数范围0-1,接近1表示模型质量更好0.7以上为较可靠模型。生成的模型可以进行更加系统的评价在线评估模型SAVESv6.1 - Structure Validation Server。上传我们生成的PDB文件。点击start第一个指标ERRAT分析不同原子类型间的相互作用模式判断构象是否符合统计学预期。ERRAT可以识别模型中的结构错误区域如碰撞、不合理的接触等。这些区域常得到较低ERRAT评分。ERRAT评分与模型清晰度评价互为补充。ERRAT专注非键作用,清晰度关注几何学参数。ERRAT对于X射线结构也具有评价意义可以用于判断实验模型质量。ERRAT提供一个独立的评价指标有助于从多方面判断Saves模型的质量。第二个指标verify3D是评估蛋白质结构模型质量的一个程序,它通过分析残基的环境判断模型是否符合一个好的结构所应具有的平均统计势能分布。verify3D评分越高表示模型残基所处的环境更符合已知的很好折叠蛋白质的统计特征。verify3D判断每个残基周围的环境是否合理,反映模型的总体打包是否紧凑。低评分的残基可能表示该区域结构存在问题周围环境异乎寻常。verify3D关注残基所处的局部环境,提供了评价结构局部区段的信息。verify3D评分不依赖于同源模板可以对从头建模结果进行评估。与ERRAT评分互为补充,verify3D着重判断构象统计特征,ERRAT分析非键作用。第三个指标生活很好有你更好。