معلومة

كيفية تحرير هياكل PDB يدويًا؟


أرغب في تحريك بعض أوراق b يدويًا من بنية ثلاثية الأبعاد لبروتين PDF الخاص بي لتمثيل تغيير في هيكلها ، هل هناك بعض الأدوات التي يمكنني القيام بها؟


إذا كنت أتذكر بشكل صحيح يمكن لـ pymol تعديل هياكل pdb (وكذلك تصورها).

لقد استخدمت إصدارًا للطلاب (وهو إصدار كامل مجاني) ولست متأكدًا تمامًا مما إذا كان من الممكن استخدام pymol دون شراء ترخيص في الوقت الحاضر (على الرغم من أن الكود المصدري لا يزال مفتوح المصدر ، لذلك من حيث المبدأ يمكن تثبيته دائمًا من ذلك)


مقدمة لبيانات PDB

أرشيف PDB هو مستودع للإحداثيات الذرية ومعلومات أخرى تصف البروتينات والجزيئات البيولوجية المهمة الأخرى. يستخدم علماء الأحياء الهيكلية طرقًا مثل علم البلورات بالأشعة السينية ، والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ، والمجهر الإلكتروني بالتبريد لتحديد موقع كل ذرة بالنسبة لبعضها البعض في الجزيء. ثم يقومون بإيداع هذه المعلومات ، والتي يتم بعد ذلك شرحها ونشرها علنًا في الأرشيف بواسطة wwPDB.

إن PDB المتنامي باستمرار هو انعكاس للبحث الذي يحدث في المختبرات في جميع أنحاء العالم. هذا يمكن أن يجعل استخدام قاعدة البيانات في البحث والتعليم أمرًا مثيرًا وصعبًا. تتوفر الهياكل للعديد من البروتينات والأحماض النووية المشاركة في العمليات المركزية للحياة ، لذلك يمكنك الذهاب إلى أرشيف PDB للعثور على هياكل للريبوسومات ، والجينات الورمية ، والأهداف الدوائية ، وحتى الفيروسات الكاملة. ومع ذلك ، قد يكون من الصعب العثور على المعلومات التي تحتاجها ، نظرًا لأن أرشيف PDB يقوم بأرشفة العديد من الهياكل المختلفة. ستجد غالبًا هياكل متعددة لجزيء معين ، أو هياكل جزئية ، أو هياكل تم تعديلها أو تعطيلها من شكلها الأصلي.

دليل لفهم بيانات PDB تم تصميمه لمساعدتك على البدء في رسم مسار من خلال هذه المادة ، وتساعدك على تجنب بعض المزالق الشائعة. تتشابك هذه الفصول مع بعضها البعض. للبدء ، حدد موضوعًا من القائمة اليمنى ، أو حدد موضوعًا مما يلي:

تتكون المعلومات الأولية المخزنة في أرشيف PDB من ملفات تنسيق للجزيئات البيولوجية. تسرد هذه الملفات الذرات الموجودة في كل بروتين ، وموقعها ثلاثي الأبعاد في الفضاء. هذه الملفات متوفرة في عدة تنسيقات (PDB ، mmCIF ، XML). يشتمل الملف النموذجي بتنسيق PDB على قسم "رأس" كبير من النص يلخص البروتين ومعلومات الاقتباس وتفاصيل حل الهيكل ، متبوعًا بالتسلسل وقائمة طويلة من الذرات وإحداثياتها. يحتوي الأرشيف أيضًا على الملاحظات التجريبية المستخدمة لتحديد هذه الإحداثيات الذرية.

بينما يمكنك عرض ملفات PDB مباشرة باستخدام محرر نصوص ، فإنه غالبًا ما يكون من المفيد للغاية استخدام برنامج التصفح أو التصور للنظر إليها. تتيح لك الأدوات عبر الإنترنت ، مثل تلك الموجودة على موقع RCSB PDB ، البحث عن المعلومات واستكشافها تحت عنوان PDB ، بما في ذلك معلومات حول الأساليب التجريبية والكيمياء والبيولوجيا الخاصة بالبروتين. بمجرد العثور على إدخالات PDB التي تهتم بها ، يمكنك استخدام برامج التصور للسماح لك بالقراءة في ملف PDB ، وعرض بنية البروتين على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، وإنشاء صور مخصصة له. غالبًا ما تتضمن هذه البرامج أيضًا أدوات تحليل تسمح لك بقياس المسافات وزوايا الروابط وتحديد الميزات الهيكلية المثيرة للاهتمام.

عندما تبدأ في استكشاف الهياكل في أرشيف PDB ، ستحتاج إلى معرفة بعض الأشياء حول ملفات الإحداثيات. في الإدخال النموذجي ، ستجد مزيجًا متنوعًا من الجزيئات البيولوجية والجزيئات الصغيرة والأيونات والماء. في كثير من الأحيان ، يمكنك استخدام الأسماء ومعرفات السلسلة للمساعدة في فرزها. في الهياكل المحددة من علم البلورات ، يتم شرح الذرات بعوامل درجة الحرارة التي تصف اهتزازها وشغلها الذي يوضح ما إذا كان يتم رؤيتها في العديد من المطابقات. غالبًا ما تشتمل هياكل الرنين المغناطيسي النووي على عدة نماذج مختلفة للجزيء.

قد تواجه العديد من التحديات أثناء استكشاف أرشيف PDB. على سبيل المثال ، تتضمن العديد من الهياكل ، خاصة تلك المحددة بواسطة علم البلورات ، معلومات فقط حول جزء من التجميع البيولوجي الوظيفي. لحسن الحظ ، يمكن أن يساعد PDB في ذلك. أيضًا ، تفتقد العديد من إدخالات PDB لأجزاء من الجزيء لم يتم ملاحظتها في التجربة. وتشمل هذه الهياكل التي تتضمن فقط مواضع الكربون ألفا ، أو الهياكل ذات الحلقات المفقودة ، أو هياكل المجالات الفردية ، أو الوحدات الفرعية من جزيء أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي معظم إدخالات التركيب البلوري على معلومات عن ذرات الهيدروجين.

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


عشرون عاما من الجزيئات

قال ثيودوسيوس دوبزانسكي بشكل مشهور "لا شيء في علم الأحياء منطقي إلا في ضوء التطور" ، ويحتوي أرشيف PDB على العديد من الأمثلة حيث يمكنك رؤية هذا الاتصال مباشرة. يحدث بعض التطور على مدى آلاف السنين - على سبيل المثال ، من خلال مقارنة تسلسل البروتينات مثل الجلوبين ، يمكننا اكتشاف الأنساب التفصيلية للكائنات ذات الصلة.في مقاومة البكتيريا للأدوية ، يمكننا أن نرى التطور الذي يحدث في السنوات ، حيث تطور البكتيريا طرقًا جديدة للتهرب من الأدوية من خلال الطفرات واختيار آلياتها الحيوية الموجودة.

تكشف الهياكل الموضحة هنا أن التطور يحدث في غضون أيام. أخضع الباحثون مزرعة من الخلايا المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية لمثبط إنزيم البروتياز لفيروس نقص المناعة البشرية ، وشاهدوا تطور الإصدارات المقاومة بشكل متزايد من خلال الطفرة والاختيار. يتم حظر إنزيم النوع البري في الجزء العلوي (إدخال PDB 2az8) بشدة بواسطة المانع. عن طريق تحويل الليوسين إلى ألانين أصغر ، يزيل الإنزيم المركزي (إدخال PDB 2az9) تفاعلًا إيجابيًا ومقاومًا للمثبط بأربعة أضعاف. واحد في الأسفل (إدخال PDB 2azc) يضبط نشاط الإنزيم بخمسة مواقع أخرى للطفرة ومقاوم 30 ضعفًا. لاستكشاف هذه الهياكل بمزيد من التفصيل ، انقر على الصورة للحصول على JSMol تفاعلي.

مواضيع لمزيد من المناقشة

  1. ما هو الجزيء المفضل لديك؟
  2. إذا كنت مهتمًا بقراءة أهدافي وأساليبي لأعمدة جزيء الشهر هذه ، فقم بإلقاء نظرة على هذه المقالة في النشرة الإخبارية RCSB.

الموارد ذات الصلة PDB-101

مراجع

  1. 6j4y: Ehara، H.، Kujirai، T.، Fujino، Y.، Shirouzu، M.، Kurumizaka، H.، Sekine، S.I. (2019) نظرة ثاقبة هيكلية على النسخ النووي بواسطة RNA polymerase II مع عوامل الاستطالة. Science 363: 744-747
  2. 6mam: West، BR، Wec، AZ، ​​Moyer، CL، Fusco، ML، Ilinykh، PA، Huang، K.، Wirchnianski، AS، James، RM، Herbert، AS، Hui، S.، Goodwin، E.، Howell ، KA ، Kailasan ، S. ، Aman ، MJ ، Walker ، LM ، Dye ، JM ، Bukreyev ، A. ، Chandran ، K. ، Saphire ، EO (2019) الأساس الهيكلي للتحييد الواسع لفيروس الإيبولا بواسطة الجسم المضاد الناجي البشري. نات. هيكل. مول. بيول. 26: 204-212
  3. 6by7: Dong ، Y. ، Chen ، S. ، Zhang ، S. ، Sodroski ، J. ، Yang ، Z. ، Liu ، D. ، Mao ، Y. البروتينات الغشائية. انجيو. تشيم. كثافة العمليات إد. إنجل. 57: 2072-2076
  4. 6cfz: Jenni، S.، Harrison، S. Science 360: 552-558
  5. 5j7v: كلوزه ، تي ، ريتينو ، دي جي ، بينامار ، إس ، هولرباخ ، إيه ، كولسون ، بي ، لا سكولا ، بي ، روسمان ، إم جي. (2016) هيكل الفاوستوفيروس ، فيروس dsDNA كبير. Proc.Natl.Acad.Sci.USA 113: 6206-6211
  6. 3j2u: Asenjo، AB، Chatterjee، C.، Tan، D.، Depaoli، V.، Rice، WJ، Diaz-Avalos، R.، Silvestry، M.، Sosa، H. (2013) تشوه بواسطة Kinesin-13 ديبوليميراز الأنابيب الدقيقة. مندوب الخلية 3: 759-768
  7. 3nir: شميت ، أ ، تيتر ، إم ، ويكيرت ، إي ، لامزين ، في. (2011) التركيب البلوري لكرامبين البروتين الصغير بدقة 0.48 أ. Acta Crystallogr.، Sect.F 67: 424-429
  8. 2az8، 2az9، 2acz: Heaslet، H.، Kutilek، V.، Morris، GM، Lin، Y.-C، Elder، J.H.، Torbett، B.E.، Stout، C.D. (2006) رؤى هيكلية في آليات مقاومة الأدوية في HIV-1 Protease NL4-3. جيه مول بيول. 356: 967-981
  9. 1plq: Krishna، TS، Kong، X.P.، Gary، S.، Burgers، P.M.، Kuriyan، J. (1994) التركيب البلوري لعامل معالجة بوليميراز DNA حقيقية النواة PCNA. الخلية 79: 1233-1243

يناير 2020 ، ديفيد جودسيل

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


البريونات

في حالة سوء الطي ، تشكل البريونات ليفًا قاسيًا. نظرة أولى على واحدة من هذه الألياف متاحة في PDB إدخال 2rnm ، والذي يتضمن جزءًا من بروتين HET-s الفطري. يتم تضمين ستة سلاسل بروتينية في ملف PDB ، مكدسة لتشكيل هيكل ملف لولبي طويل. يتم تعبئة الأحماض الأمينية الكارهة للماء (باللون الأبيض) داخل جيب مثلث ، مما يؤدي إلى استقرار الهيكل بأكمله. لاستكشاف هذه البنية بمزيد من التفصيل ، انقر على الصورة للحصول على JSmol تفاعلي.

الموارد ذات الصلة PDB-101

مراجع

  1. إم فاولر ، إيه في كولوف ، دبليو إي بالتش وجيه دبليو كيلي (2007) أميلويد وظيفي - من البكتيريا إلى البشر. الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية 32، 217-224.
  2. D.A Harris and H.L True (2006) رؤى جديدة في بنية البريون والسمية. نيورون 50 ، 353-357.
  3. كولينج (2005) علم الأعصاب الجزيئي لمرض البريون (2005) مجلة طب الأعصاب وجراحة الأعصاب والطب النفسي 76 ، 906-919.
  4. J. Collinge (1999) Variant Creutzfeldt-Jakob disease. لانسيت 354 ، 317-323. (مراجعة لإصابة البشر بمرض جنون البقر)
  5. S.B Prusiner ، M.R Scott ، S. J. DeArmond and F.E Cohen (1998) Prion protein biology. الخلية 93 ، 337-348.

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


كيف يمكنني تصحيح أخطاء العبارات والعبارات المكتوبة يدويًا في PDB؟

في pdb (أو ipdb) يمكننا تنفيذ الجمل وتقييم التعبيرات باستخدام! أو أوامر p:

تعبير ص
قم بتقييم التعبير في السياق الحالي واطبع قيمته.

[!]بيان

تنفيذ العبارة (سطر واحد) في سياق إطار المكدس الحالي. يمكن حذف علامة التعجب إلا إذا كانت الكلمة الأولى من العبارة تشبه أمر مصحح الأخطاء. لتعيين متغير عام ، يمكنك أن تسبق أمر الإسناد بأمر عام في نفس السطر

لذلك ، على سبيل المثال ، يمكنني كتابة p reddit.get_subreddits () أثناء التصحيح في ipdb وسيتم تنفيذ الكود في السياق الحالي وسأرى قيمة الإرجاع.

هل هناك طريقة يمكنني من خلالها تصحيح أخطاء تنفيذ مثل هذه التعبيرات "المكتوبة يدويًا"؟

أود أن أفعل بشكل أساسي هو s reddit.get_subreddits () ، لكن هذا فقط ينفذ الأمر step ويتجاهل التعبير.

تحرير: مثال تافه

خذ هذه الوظيفة البسيطة:

الذي تم التنصت عليه بسبب إن لم يكن weekday_index (يجب التحقق من weekday_index ليس بلا.)

لنفترض أنني لاحظت أنني حصلت على 10 نصف عدد المرات التي كنت أتوقعها. لذلك أضفت استيراد ipdb ipdb.set_trace () قبل استدعاء الوظيفة لمحاولة تصحيح التعليمات البرمجية.

لذا فأنا في وحدة تحكم ipdb وفجأة أدركت أن المشكلة ربما تكون عندما أجتاز 0 كـ weekday_index. يمكنني اختبار فرضيتي مباشرة في ipdb:

حسنًا ، أدركت أن هناك شيئًا خاطئًا عندما يكون weekday_index = 0.
ما أود القيام به الآن هو التصحيح خطوة بخطوة المكالمة لـ get_value_for_weekday (0) ، حتى أتمكن من رؤية أنني أدخلت كتلة if بشكل خاطئ.

من الواضح أنه يمكنني الخروج من ipdb ، وإيقاف البرنامج النصي ، وتغيير الكود لتمرير 0 دائمًا ، وإعادة تشغيل البرنامج النصي ، وعندما أقوم بإدخال ipdb ، قم بتصحيح المكالمة باستخدام الأمر ipdb step (s).
ولكن ألن يكون الأمر أسهل إذا كان بإمكاني فقط الحصول على (0) get_value_for_weekday (0) بنفس الطريقة التي كنت قادرًا على القيام بها (0) get_value_for_weekday (0)؟


الإحداثيات والتجمعات البيولوجية المفقودة

نظرًا لخصائص طرق تحديد البنية ، لا تتضمن معظم الإدخالات إحداثيات لكل ذرة مفردة في الجزيء المحدد. في بعض الحالات ، قد لا تلاحظ الطريقة التجريبية بعض الذرات. على سبيل المثال ، لا يتم ملاحظة المناطق المرنة وذرات الهيدروجين في تجارب التصوير البلوري بالأشعة السينية ، وبالتالي ، لا يتم تضمينها في ملفات إحداثيات PDB. في حالات أخرى ، يمكن تضمين جزء فقط من الجزيء في إدخال PDB. على سبيل المثال ، في الهياكل البلورية للأشعة السينية للجزيئات المتماثلة ، غالبًا ما يشتمل إدخال PDB على وحدة فرعية واحدة فقط من المجمع ، ويجب حساب إحداثيات التجميع البيولوجي الكامل من إحداثيات الوحدة الفرعية. عند البحث في أرشيف PDB ، من المهم النظر في أجزاء الهيكل التي يتم تضمينها في كل إدخال معين.

بعض المواقف الشائعة التي قد تواجهها موضحة أدناه.

الجمعيات غير المتماثلة والبيولوجية

في البلورات المستخدمة في علم البلورات بالأشعة السينية ، يتم تكديس نسخ متعددة من البروتين و / أو الحمض النووي بشكل متماثل في صفيف. عادةً ما يتم إيداع بنية أصغر جزء فريد من هذه المصفوفة - تسمى الوحدة غير المتماثلة - في أرشيف PDB. اعتمادًا على التناظر في البلورة ، قد تحتوي الوحدة غير المتماثلة على نسخة واحدة أو أكثر من البروتين و / أو الحمض النووي.

قد يكون التجميع البيولوجي للجزيء مختلفًا تمامًا عن هيكل الوحدة غير المتماثل المتضمن في إدخال PDB. في حالة الهيموجلوبين ، الذي يعمل كمضخم رباعي ، تشتمل الوحدة غير المتماثلة على سلسلتين فقط (نصف رباعي رباعي وظيفي) في بعض إدخالات PDB و 8 سلاسل أو أكثر (تمثل عدة سلاسل رباعية وظيفية) في أخرى. تعد فيروسات إيكوساهدرا مثالًا شائعًا آخر: عادةً ما يتم ترسيب سلسلة واحدة فقط ، لذلك يجب إنشاء إحداثيات لجميع السلاسل الستين في القفيصة. يتم توفير عمليات التناظر المطلوبة لإنشاء أو تحديد سلاسل للتجمعات البيولوجية في ملفات الإدخال ، إذا كنت تريد إجراء الحساب بنفسك ، أو يمكنك تنزيل إحداثيات التجميع البيولوجي من الأرشيف.

للحصول على برنامج تعليمي مفصل حول التجميعات البيولوجية ، انقر هنا.

وحدة غير متماثلة الجمعية البيولوجية
يحتوي إدخال PDB 1hho على سلسلتين ، كما هو موضح في الأعلى. تتوفر إحداثيات رباعي النشط بيولوجيًا في ملف التجميع البيولوجي ، كما هو موضح في الأسفل.

تلميح: إحداثيات التجميعات البيولوجية مضمنة في قائمة & quot تنزيل الملفات & quot.

ملفات تنسيق ألفا-كربون

في بعض الحالات ، لا تسفر التجارب إلا عن صورة منخفضة الدقة للبروتين ، كما هو الحال في الهياكل المأخوذة من المجهر الإلكتروني أو تصوير البلورات بالأشعة السينية مع بلورات غير مرتبة جيدًا. في هذه الحالات ، لا تكون البيانات التجريبية كافية لحل كل ذرة ، وقد يختار الباحث تضمين إحداثي واحد فقط لكل حمض أميني في البروتين. في أغلب الأحيان ، يتم تضمين موضع موضع الكربون ألفا. تظهر هذه الهياكل طي سلسلة البروتين.

تم حل هذا الهيكل لقناة البوتاسيوم KscA كاملة الطول (إدخال PDB 1f6g) من خلال عدد من تقنيات وضع العلامات الدورانية والتحليل الطيفي. نظرًا لأن الطريقة لم تحدد موقع كل ذرة ، فقد تم تقديم alpha-carbons فقط إلى PDB.

نصيحة: إذا حاولت عرض رسم تخطيطي للإطار السلكي لإدخال PDB وحصلت على شاشة فارغة أو مجرد مجموعة من النقاط الصغيرة ، فربما تنظر إلى هيكل به كربونات ألفا فقط. عادةً ما تظهر مخططات الإطار السلكي فارغة مع هذه الملفات لأن مواضع الكربون ألفا متباعدة جدًا لإظهار الروابط. بدلاً من ذلك ، حاول استخدام مخطط شريطي أو أنبوب فقري سميك لعرض الجزيء. مخطط ملء الفضاء مع المجالات الكبيرة بشكل مصطنع (5 & Aringngstrom radius) يعمل أيضًا بشكل جيد ، إذا كان برنامج الرسومات الجزيئية الخاص بك يسمح بمجالات بهذا الحجم.

الحلقات وذيول مفقودة

نظرًا لأن علم البلورات بالأشعة السينية يعتمد على الحصول على بلورات مع العديد والعديد من البروتينات في مواقع متطابقة تمامًا ، فإن البروتينات المرنة تسبب مشاكل. المناطق في البروتين التي تتحرك بشكل عام لا يتم ملاحظتها في هياكل الأشعة السينية ، لذلك لا يتم تضمين إحداثيات هذه المناطق في إدخالات PDB. سترى هذه فواصل في السلسلة ، وغالبًا ما تكون أجزاء مفقودة في بداية السلسلة ونهايتها. لا توجد هذه المشكلة عادةً في الهياكل المشتقة من الرنين المغناطيسي النووي. غالبًا ما تشتمل مجموعات هياكل NMR على العديد من التوافقات المختلفة جدًا للمناطق المرنة ، بحيث يمكنك اختيار واحدة أو استخدامها جميعًا.

لسوء الحظ ، لا يوجد حل بسيط لهذه المشكلة بصرف النظر عن إحداثيات النمذجة للأجزاء المفقودة (انظر قائمة الروابط لبرامج النمذجة الجزيئية). يمكن أن تكون هذه المشكلة مهمة ، لأن الحلقات المرنة غالبًا ما تكون متورطة في الموقع النشط أو موقع الارتباط للبروتين.

هيكل بروتياز SIV الذي تم حله بدون موقعه النشط (إدخال PDB 1az5) يحتوي على حلقتين مرنين للغاية بحيث لا يمكن رؤيتهما في التجربة (تظهر بالنجوم في الصورة العليا). عندما تبلور البروتين بالمثبطات ، اعتمدت الحلقات بنية مستقرة يمكن رؤيتها (إدخال PDB 1yti). (تم إنشاء هذه الصورة باستخدام MBT Simple Viewer).

نصيحة: غالبًا ما يكون من المفيد البحث عن الهياكل الأخرى التي تشتمل على روابط أو شركاء ربط في هذه الحالات ، قد يتم إغلاق الحلقة حول الترابط في شكل مستقر ، وبالتالي سيتم رؤيتها في تجربة علم البلورات.

شظايا ومجالات

ثبت أن العديد من البروتينات الكبيرة ، وخاصة البروتينات التي تحتوي على عدة أجزاء متحركة ، من المستحيل أن تتبلور ككل. في هذه الحالات ، اتبع الباحثون نهجًا متعدد الأقسام. قاموا بتقطيع البروتين إلى قطع يمكن التحكم فيها ، ثم حلوا بنية كل قطعة. من أجل الحصول على صورة للبروتين الكامل ، يجب إعادة تجميع القطع في الاتجاه الصحيح.

لسوء الحظ ، لا يوجد مورد شامل لمساعدتك في تجميع الجزيء الوظيفي معًا في هذه الحالات. ستحتاج إلى إلقاء نظرة على بيانات التسلسل جنبًا إلى جنب مع تقارير البيولوجيا الجزيئية لفرز الشكل العام.

يتكون سينسيز ATP من محركين جزيئيين متصلين بمحور وعضو ساكن. لقد ثبت أنه من المستحيل (على الأقل حتى الآن) بلورة كل شيء ، لكن الهياكل متوفرة لكل من المحركات (إدخالات PDB 1c17 و 1e79) والعديد من الأجزاء المتصلة (إدخالات PDB 1l2p و 2a7u). (تم إنشاء هذه الصورة باستخدام QuickPDB)

نصيحة: عند البحث عن إدخالات PDB ، من المهم الانتباه إلى ما تم تضمينه بالفعل في كل ملف إحداثي. راقب كلمات مثل & quotligand -inding domain & quot و & quotfragment & quot في عنوان PDB لإعطائك تلميحات بأنك تشاهد جزءًا فقط من الجزيء الوظيفي.

أين ذرات الهيدروجين؟

لا تحل معظم تجارب علم البلورات ذرات الهيدروجين ، لذا فإن معظم ملفات الإحداثيات البلورية في أرشيف PDB تتضمن فقط مواضع للذرات غير الهيدروجينية. في بعض الحالات ، يتم تضمين ذرات الهيدروجين القطبية (ذرات الهيدروجين القطبية هي تلك التي ترتبط بالنيتروجين والأكسجين والكبريت ، والتي يمكن أن تشارك في الروابط الهيدروجينية) عند استخدامها أثناء صقل الهيكل. من ناحية أخرى ، تشتمل الهياكل المحددة بالرنين المغناطيسي النووي في أغلب الأحيان على جميع ذرات الهيدروجين في الهيكل ، نظرًا لأن الكثير من المعلومات التجريبية التي تم الحصول عليها في هذه التجارب تتكون من المسافة بين ذرات الهيدروجين هذه.

نظرًا لأن التجارب البلورية عادةً لا ترى ذرات الهيدروجين ، وبما أن ذرات الأكسجين والنيتروجين لها أعداد متشابهة من الإلكترونات وبالتالي تبدو متشابهة في خرائط كثافة الإلكترون البلورية ، غالبًا ما يكون من الصعب تحديد الهوية الدقيقة للذرات في سلاسل جانبية مثل الأسباراجين والجلوتامين. في بعض الحالات ، إذا نظرت بعناية إلى نمط الترابط الهيدروجيني مع الأحماض الأمينية المجاورة ، فقد تجد تطابقًا أفضل من خلال تبديل النيتروجين والأكسجين في سلسلة الأميد الجانبية.

تم حل هذين التركيبين من الأنسولين من خلال تقنيات تجريبية مختلفة. تم حل الجزء العلوي (إدخال PDB 2ins) بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية ، والذي لا يوفر بيانات لمواقع ذرات الهيدروجين. تم حل الجزء الموجود على الزر (إدخال PDB 2hiu) بواسطة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ويتضمن إحداثيات الهيدروجين. (تم إنشاء هذه الصورة باستخدام MBT Simple Viewer)

نصيحة: يفيد برنامج Reduce في إضافة ذرات الهيدروجين المفقودة في البروتينات والأحماض النووية ، ولتحديد أفضل نمط ارتباط هيدروجين في البروتين.

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


كيفية تحرير هياكل PDB يدويًا؟ - مادة الاحياء

من بين الملفات الأربعة المذكورة أعلاه ، سيتم عادةً الحصول على ملف pdb أولي من خلال بنك بيانات البروتين ، ويمكن الحصول على المعلمات وملفات الهيكل لفئة معينة من الجزيء عبر الإنترنت على

1 انتقل إلى دليل 1-1-build. في نافذة Terminal ، يمكنك تغيير الدلائل باستخدام الأمر cd. اكتب cd 1-1-build. يمكنك رؤية محتويات الدليل الذي تتواجد فيه عن طريق كتابة الأمر ls. ستجد في هذا المجلد العديد من الملفات التي ستستخدمها لاحقًا.

أولاً ، ستقوم بإزالة جزيئات الماء من 1UBQ.pdb ، وإنشاء ملف pdb للبروتين وحده.

2 افتح VMD بكتابة vmd في نافذة Terminal.

namd-tutorial-files / 1-1-build & gt vmd

3 قم بتحميل 1UBQ.pdb بالنقر فوق ملف جزيء جديد. عنصر القائمة في نافذة VMD الرئيسية. في مستعرض ملفات الجزيء ، استخدم ملف التصفح. زر للعثور على الملف 1UBQ.pdb. قم بتحميله بالضغط على زر التحميل.

لاحظ أن بنية الأشعة السينية من بنك بيانات البروتين لا تحتوي على ذرات الهيدروجين في يوبيكويتين. وذلك لأن علم البلورات بالأشعة السينية لا يمكنه عادةً حل ذرات الهيدروجين. سيحتوي ملف pdb الذي ستنشئه باستخدام psfgen مع psf على إحداثيات تخمينية لذرات الهيدروجين في الهيكل. في وقت لاحق ، سيضمن تقليل طاقة البروتين أن تكون مواضعها معقولة.

4 اختر عنصر القائمة Extensions Tk Console وفي نافذة VMD TkCon. تأكد من أنك في دليل 1-1-build. إذا لم تكن كذلك ، فانتقل إلى هناك باستخدام الأمر ls لسرد الملفات والدلائل والأمر cd لتغيير الدلائل. ثم اكتب الأوامر التالية:

مجموعة ubq [atomselect بروتين أعلى]
$ ubq writepdb ubqp.pdb

(اضغط على مفتاح الرجوع بعد كل أمر.)

في الخطوة السابقة ، قمت بإنشاء ملف ubqp.pdb ، والذي يحتوي على إحداثيات اليوبيكويتين وحده بدون الهيدروجين ، في دليل 1-1-build.

5 قم بإنهاء VMD باختيار File Quit.

6 الآن ، ستقوم بإنشاء ملف psf الخاص بـ ubiquitin. لاحظ أن VMD يقدم منشئ ملفات psf تلقائيًا عبر قائمة VMD الرئيسية بالنقر فوق Extensions Modeling Automatic PSF Builder. سننشئ ملف psf يدويًا ليعلمك بالضبط كيف يتم ذلك. تعتبر حزمة psfgen الخاصة بـ VMD مفيدة جدًا في هذا الصدد. من أجل إنشاء psf ، ستقوم أولاً بإنشاء ملف pgn ، والذي سيكون هدف psfgen.

في نافذة Terminal ، اكتب nedit لفتح محرر النصوص. اكتب الأسطر التالية:

حزمة تتطلب psfgen
طوبولوجيا top_all27_prot_lipid.inp
pdbalias بقايا HIS HSE
pdbalias atom ILE CD1 CD
الجزء ش
تنسيق ubqp.pdb يو
جيسكوورد
writepdb ubq.pdb
writepsf ubq.psf

7 بعد كتابة هذا ، احفظ الملف بالنقر فوق "حفظ ملف". تأكد من أنك في دليل 1-1-build وأدخل اسم الملف كـ ubq.pgn. قم بإنهاء محرر النصوص بالنقر فوق "إنهاء ملف".

  • السطر 1: سوف تقوم بتشغيل psfgen داخل VMD. يتطلب هذا الخط أن تكون حزمة psfgen متاحة ليتم استدعاؤها بواسطة VMD.
  • السطر 2: قم بتحميل ملف الهيكل top_all27_prot_lipid.inp
  • السطر 3: قم بتغيير اسم بقايا الهيستيدين إلى الاسم الصحيح الموجود في ملف الهيكل. HSE هو واحد من ثلاثة أسماء للهستيدين ، بناءً على حالة البروتون لمجموعته الجانبية. انظر مربع العلوم أدناه لمزيد من المعلومات.
  • السطر 4: تمت إعادة تسمية الذرة المسماة "CD1" (الكربون) في بقايا isoleucine باسم "CD" ، الاسم الصحيح لها من ملف الهيكل. نظرًا لأن isoleucine يحتوي على ذرة كربون واحدة فقط ، فإن ملف psf لا يستخدم ملصق الرقم بعد `` CD ''.
  • السطر 5: يتم إنشاء مقطع يسمى U ، يحتوي على جميع الذرات من ubqp.pdb. يضيف الأمر المقطع أيضًا ذرات الهيدروجين.
  • السطر 6: تتم قراءة الإحداثيات من ubqp.pdb ويتم مطابقة أسماء المخلفات والذرة. سيتم إلغاء تسميات الأجزاء القديمة بالتسمية الجديدة "U".
  • السطر 7: يتم تخمين إحداثيات الذرات المفقودة (مثل الهيدروجين) بناءً على تعريفات المخلفات من ملف الهيكل.
  • السطر 8: تمت كتابة ملف pdb جديد مع الإحداثيات الكاملة لجميع الذرات ، بما في ذلك الهيدروجين.
  • السطر 9: يتم كتابة ملف psf مع المعلومات الهيكلية الكاملة للبروتين.

8 في نافذة طرفية (مرة أخرى ، تأكد من أنك في دليل 1-1-build) ، اكتب الأمر التالي:

vmd -dispdev text -e ubq.pgn

سيؤدي هذا إلى تشغيل الحزمة psfgen على الملف ubq.pgn وإنشاء psf وملف pdb الخاص بـ ubiquitin مع الهيدروجين.

سترى على شاشتك رسائل مختلفة. ترتبط التحذيرات بنهايات الجزيء وهي طبيعية. يجب أن يحتوي نظامك على 1231 ذرة و 631 بإحداثيات مُخَمَّنة.


يحتوي Pymol على بعض الأجزاء المدمجة (الأحماض الأمينية والمجموعات الوظيفية البسيطة). يمكنك إضافة الأجزاء الخاصة بك ، على سبيل المثال. السكريات بهذه الطريقة:

قم بإنشاء الجزيء الذي تريد استخدامه كقطعة. احفظه كملف .pkl في & ltpymol_path & GT / data / chempy / fragments.

اختر الذرة (ctrl-middle) حيث تريد إضافة الجزء. سيكون هذا عادةً ذرة هيدروجين (والتي ستتم إزالتها). ثم استخدم الأمر:

حيث my_fragment_name هو اسم ملف pkl (w / o .pkl extension) و 11 هو رقم ذرة التوصيل (الهيدروجين) في الجزء. لتحديد هذا الرقم ، اضغط على "[L] abel" - & gt "معرّفات الذرة" - & gt "index" واختر ذرة الهيدروجين التي تريدها.

إذا كنت تريد عنصر قائمة للجزء الخاص بك ، فيمكنك على الأرجح وضعه في & ltpymol_path & gt / modules / pmg_tk / skins / normal / __ init__.py ، لكنني لم أحاول ذلك.


محتويات

تضافرت قوتان لبدء PDB: مجموعة صغيرة ولكنها متزايدة من مجموعات بيانات بنية البروتين التي يحددها حيود الأشعة السينية وعرض الرسومات الجزيئية (1968) المتوفر حديثًا ، Brookhaven RAster Display (BRAD) ، لتصور هياكل البروتين هذه في 3-د. في عام 1969 ، برعاية Walter Hamilton في مختبر Brookhaven الوطني ، بدأ Edgar Meyer (جامعة تكساس إيه آند أمبير) في كتابة برنامج لتخزين ملفات الإحداثيات الذرية بتنسيق مشترك لجعلها متاحة للتقييم الهندسي والرسومي. بحلول عام 1971 ، أتاح أحد برامج Meyer ، SEARCH ، للباحثين الوصول عن بُعد إلى المعلومات من قاعدة البيانات لدراسة هياكل البروتين في وضع عدم الاتصال. [8] كان البحث مفيدًا في تمكين الربط الشبكي ، وبالتالي وضع علامة على البداية الوظيفية لـ PDB.

تم الإعلان عن بنك بيانات البروتين في أكتوبر 1971 في Nature New Biology [9] كمشروع مشترك بين مركز بيانات التصوير البلوري في كامبريدج بالمملكة المتحدة ومختبر Brookhaven الوطني بالولايات المتحدة.

عند وفاة هاملتون في عام 1973 ، تولى توم كويزل إدارة PDB لمدة 20 عامًا لاحقة. في كانون الثاني (يناير) 1994 ، تم تعيين جويل سوسمان من معهد فايتسمان للعلوم في إسرائيل رئيسًا لـ PDB. في أكتوبر 1998 ، [10] تم نقل PDB إلى Research Collaborative for Structural Bioinformatics (RCSB) [11] اكتمل النقل في يونيو 1999. وكانت المديرة الجديدة هيلين إم بيرمان من جامعة روتجرز (إحدى المؤسسات الإدارية في RCSB ، والآخر هو مركز سان دييغو للكمبيوتر العملاق في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو). [12] في عام 2003 ، مع تشكيل wwPDB ، أصبح PDB منظمة دولية. الأعضاء المؤسسون هم PDBe (أوروبا) ، [2] RCSB (الولايات المتحدة الأمريكية) ، و PDBj (اليابان). [3] انضم BMRB [5] في عام 2006. يمكن لكل من الأعضاء الأربعة في wwPDB أن يعمل كمراكز ترسيب ومعالجة بيانات وتوزيع لبيانات PDB. تشير معالجة البيانات إلى حقيقة أن موظفي wwPDB يراجعون ويعلقون على كل إدخال مقدم. [13] ثم يتم التحقق تلقائيًا من المعقولية للبيانات (تم توفير رمز المصدر [14] لبرنامج التحقق هذا للجمهور مجانًا).

يتم تحديث قاعدة بيانات PDB أسبوعيًا (UTC + 0 الأربعاء) ، جنبًا إلى جنب مع قائمة المقتنيات الخاصة بها. [16] اعتبارًا من 1 أبريل 2020 [تحديث] ، تألفت PDB من:

تجريبي
طريقة
البروتينات احماض نووية بروتين / حمض نووي
المجمعات
آخر المجموع
حيود الأشعة السينية 135170 2097 6945 4 144216
الرنين المغناطيسي النووي 11337 1325 264 8 12934
المجهر الإلكتروني 3475 35 1136 0 4646
هجين 155 5 3 1 164
آخر 286 4 6 13 309
المجموع: 150423 3466 8354 26 162269
134146 بنية في PDB لها ملف عامل هيكل. يحتوي 10.289 مبنى على ملف ضبط NMR. 4،814 بنية في PDB لها ملف تحولات كيميائية. 4،718 مبنى في PDB لها ملف خرائط ثلاثي الأبعاد تم إيداعه في بنك بيانات EM

يتم تحديد معظم الهياكل عن طريق حيود الأشعة السينية ، ولكن يتم تحديد حوالي 10٪ من الهياكل بواسطة البروتين NMR. عند استخدام حيود الأشعة السينية ، يتم الحصول على تقديرات تقريبية لإحداثيات ذرات البروتين ، بينما باستخدام الرنين المغناطيسي النووي ، يتم تقدير المسافة بين أزواج ذرات البروتين. يتم الحصول على الشكل النهائي للبروتين من الرنين المغناطيسي النووي عن طريق حل مشكلة هندسة المسافة. بعد عام 2013 ، يتم تحديد عدد متزايد من البروتينات عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني. يؤدي النقر فوق الأرقام الموجودة في الجدول الخارجي المرتبط إلى عرض أمثلة على الهياكل التي تحددها تلك الطريقة.

بالنسبة لهياكل PDB التي يحددها حيود الأشعة السينية التي تحتوي على ملف عامل هيكل ، يمكن عرض خريطة كثافة الإلكترون الخاصة بها. يتم تخزين بيانات هذه الهياكل على "خادم كثافة الإلكترون". [17] [18]

تاريخياً ، نما عدد الهياكل في PDB بمعدل أسي تقريبًا ، مع 100 هيكل مسجل في عام 1982 ، و 1000 هيكل في عام 1993 ، و 10000 في عام 1999 ، و 100000 في عام 2014. [19] [20]

كان تنسيق الملف المستخدم في البداية بواسطة PDB يسمى تنسيق ملف PDB. تم تقييد التنسيق الأصلي بعرض البطاقات المثقبة للكمبيوتر إلى 80 حرفًا في كل سطر. Around 1996, the "macromolecular Crystallographic Information file" format, mmCIF, which is an extension of the CIF format was phased in. mmCIF became the standard format for the PDB archive in 2014. [21] In 2019, the wwPDB announced that depositions for crystallographic methods would only be accepted in mmCIF format. [22]

An XML version of PDB, called PDBML, was described in 2005. [23] The structure files can be downloaded in any of these three formats, though an increasing number of structures do not fit the legacy PDB format. Individual files are easily downloaded into graphics packages from Internet URLs:

  • For PDB format files, use, e.g., http://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.pdb.gz or http://pdbe.org/download/4hhb
  • For PDBML (XML) files, use, e.g., http://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.xml.gz or http://pdbe.org/pdbml/4hhb

The " 4hhb " is the PDB identifier. Each structure published in PDB receives a four-character alphanumeric identifier, its PDB ID. (This is not a unique identifier for biomolecules, because several structures for the same molecule—in different environments or conformations—may be contained in PDB with different PDB IDs.)

The structure files may be viewed using one of several free and open source computer programs, including Jmol, Pymol, VMD, and Rasmol. Other non-free, shareware programs include ICM-Browser, [24] MDL Chime, UCSF Chimera, Swiss-PDB Viewer, [25] StarBiochem [26] (a Java-based interactive molecular viewer with integrated search of protein databank), Sirius, and VisProt3DS [27] (a tool for Protein Visualization in 3D stereoscopic view in anaglyph and other modes), and Discovery Studio. The RCSB PDB website contains an extensive list of both free and commercial molecule visualization programs and web browser plugins.


The UNC-45 Myosin Chaperone

3.3 Overall Bent Shape of UCS Proteins

Each of the three UCS protein crystal structures presents a molecule with an overall bent structure, although the angle of the bend differs ( Figure 4.5(c) ). They are roughly 32°, 30°, and 84° for ذبابة الفاكهة, C. ايليجانس، و S. cerevisiae على التوالى. The smaller angles of the fly and worm structures result from the proteins traversing more than 200° on a circular plane back toward the direction of the N-terminus. The bent shape is at odds with previous experiments that suggested a more extended form of the protein, based on the protein envelope obtained through small angle X-ray scattering (SAXS) ( Lee et al., 2011a ) and electron microscopy of rotary shadowed molecules ( Srikakulam et al., 2008 ). SAXS further suggested that the extended conformation results from significant conformational flexibility, even within the UCS domain. Recent molecular dynamic simulations also suggest a more planar conformation ( Fratev et al., 2013 ). This raises the question as to whether the severe bend is an artifact of the crystallization conditions and does not play a role in UNC-45’s biological function. In addition, even the same protein can show differences in the bend angle for instance, the crystal structure of the Drosophila Leu63Met mutant agrees with the native protein crystal structure, but its unit cell is slightly different from that of the native construct ( Lee et al., 2011a ). Their comparison suggests some degree of relative motion between the central and the UCS domains. Overall, investigating whether the protein’s flexibility has functional importance is critical.