分(fèn)析PDB蛋白质(zhì)数据SecStAnT是(shì)一个轻量级的(de)应用程(chéng)序设计(jì)来帮(bāng)助你分析PDB(蛋白质数据银(yín)行)的文(wén)件和生成的数据集的(de)结构组(zǔ)成。体积小,但功能强大(dà)。界面(miàn)非常清爽,简单易操作。
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PDB文件本质是一种ASICLL码文件,可以用普通的文本编辑器编辑(jí),也可以用专业(yè)软件编辑。不过要展(zhǎn)示该文件所表示的(de)蛋白质三维空间结构则(zé)需要借助相(xiàng)关软件,如winCoot、Moe等。
1.X-ray衍射(shè)晶体学成像
X射线衍(yǎn)射晶(jīng)体学是最早用于结构(gòu)解析的实(shí)验方(fāng)法之一。X射线是一种高能(néng)短(duǎn)波(bō)长(zhǎng)的电磁波(bō)(本质上属于光子束),被德国科学家伦琴发现,故又被称为伦琴射线。理论和实验(yàn)都证明(míng)了,当X射线打击在分子晶体颗粒上的时候,X射线(xiàn)会发生衍(yǎn)射效应(yīng),通过(guò)探测器收(shōu)集这些衍射信号,可以了解晶(jīng)体中电(diàn)子密度的分布,再据此析获(huò)得粒子的位(wèi)置信息。利(lì)用(yòng)这种特点,布(bù)拉格父子(zǐ)研制出了X射线分光计并(bìng)测(cè)定了一(yī)些盐晶体的结构和(hé)金刚石结构。首(shǒu)个(gè)DNA结(jié)构的解析便(biàn)是利用X射线衍射晶体学获得的。
后来(lái),获得X射线来(lái)源的(de)技术得到了改进,如今更多(duō)地使用(yòng)同步辐(fú)射的X射线源。来自同步(bù)辐射的(de)X射线源可以调节(jiē)射线的波长和很高的亮度,结合多波长(zhǎng)反常散射技术,可以(yǐ)获(huò)得更高精度的晶体结构数据,也成为了(le)当今(jīn)主流的(de)X射线(xiàn)晶(jīng)体成(chéng)像学方法。由X射(shè)线衍射晶体学解(jiě)析的结(jié)构在RCSB Protein Data Bank中占到了88%。
X射(shè)线衍射成像(xiàng)虽然得到(dào)了长(zhǎng)足的发展,仍然有(yǒu)着一定的缺点。X射线对晶体样本有着很大的损(sǔn)伤(shāng),因此常(cháng)用低(dī)温液氮环境来保护(hù)生物大分子晶(jīng)体,但是这种(zhǒng)情况下的晶(jīng)体(tǐ)周围(wéi)环境非常恶劣,可(kě)能会对晶体产生(shēng)不良影响。而(ér)且,X射线衍射(shè)方法(fǎ)不能用来解(jiě)析较大的蛋(dàn)白质。
2.NMR核磁(cí)共振成像
核磁共振成像(xiàng)NMR全(quán)称Nuclear magnetic resonance,最早在1938被Isidor Rabi (1946年诺贝(bèi)尔奖(jiǎng))描述,在上(shàng)世纪的后半叶得到了长足(zú)发展。其(qí)基(jī)本理论是,带有(yǒu)孤对电子的原子(zǐ)核(自(zì)选(xuǎn)量子数为(wéi)1)在外界磁场(chǎng)影响下,会导致原子核的能(néng)级发生塞曼分裂(liè),吸收并释(shì)放(fàng)电(diàn)磁辐射,即产生共振频谱。这种共振(zhèn)电磁辐射(shè)的频率与所处磁场强度成一(yī)定比(bǐ)例。利用(yòng)这种特性,通过分析特(tè)定原(yuán)子释放(fàng)的电磁辐(fú)射结合外加磁场(chǎng)分别,可以用(yòng)于生(shēng)物大(dà)分子(zǐ)的成像或者其他领域的成像。有些时候(hòu),NMR也(yě)可以结合(hé)其他(tā)的实验方法(fǎ),比如(rú)液相色谱或者(zhě)质谱(pǔ)等。
RCSB Protein Data Bank数据库中存在大约11000个用(yòng)NMR解析的生物大分子结构,占到总数大约10%的结构(gòu)。NMR结构(gòu)解析(xī)多是在溶液状态下(xià)的蛋白(bái)质结(jié)构,一般认为比起晶体结构能够描述生物大(dà)分子在(zài)细胞内真实结构。而(ér)且,NMR结构解析能够(gòu)获得(dé)氢原(yuán)子的结构位(wèi)置(zhì)。然而(ér),NMR也并非(fēi)万能(néng),有时候也会因为蛋白(bái)质在溶液(yè)中结(jié)构不稳(wěn)定能(néng)难得获取稳(wěn)定的信号(hào),因此,往往借助计(jì)算(suàn)机建模或者其(qí)他方法完善(shàn)结构(gòu)解析流程(chéng)。
3.Cryo-EM超低温电子(zǐ)显微镜成像
电子显微镜最早出现在1931年,从设计之初就是(shì)为了试图获得(dé)高(gāo)分辨率的(de)病(bìng)毒图像。通过电子束打(dǎ)击样本获得(dé)电子的(de)反射而获取样本的图像(xiàng)。而图像的分辨率(lǜ)与电子束的速(sù)度和入射角度相关。通过加速的(de)电子束照射特殊处理过的样品表明,电子(zǐ)束反射,并被(bèi)探测(cè)器(qì)接(jiē)收,并成像从而获得图像信(xìn)息。具体做法(fǎ)是,将样品迅速至于超低温(液氮环境)下(xià)并(bìng)固定(dìng)在很薄(báo)的乙烷(或(huò)者(zhě)水中),并置于样(yàng)品池,在(zài)电子(zǐ)显微镜下成(chéng)像。图像获得后,通过分析图像中数(shù)量众多(duō)的同一种蛋白(bái)质在不同角度(dù)的形状,进行(háng)多次的计算机建模(mó)从而可以获得近原子级别的精(jīng)度(最低可以到2.0埃(āi))。
