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同源建模.pdf

同源建模

yongyong
2011-08-23 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《同源建模pdf》,可适用于工程科技领域

用X射线晶体学&核磁共振解析结构AmyKeating怎样确定X-射线晶体结构晶体生长-用X-射线晶体学来确定结构依赖于晶格点的重复结构收集衍射样本-晶体中原子周期性的空隙在X-射线透过时产生衍射现象而出现“斑点”经过傅立叶变换得到一个倒易空间以描述其电子密度的这一步需要解析相位波状态的知识该波不能直接的由状态问题测得。建立蛋白质的初步模型来描述由实验数据得到的电子密度的信封模型通过迭代改变模型以修正结构并比较其于实验数据的符合程度相位问题:我们不知道使用什么相位对波函数有贡献。大问题可见调幅原子散射因子-与原子j周围的电子密度相关相位由原子j的坐标X,Y,Z决定我们观察的是Ihklα|Fkhl|我们不能直接测量相位Fhkl为结构因子从分子替换或重原子方法获得相位X-射线晶体结构精讲模型:斑点的计算强度数据:斑点的实际强度所有斑点的总和实验观察的斑点实际强度从试验计算的斑点强度U杂化=U分子模型sUX-射线实验•模拟退火算法用在杂化势能上能快速的改进结构和X-射线观察结果该结构是在保持合理的化学性质的基础上得到的。(大半径收敛)•以前有效的方法是局部极小而局部极小容易停留在局部极小区域(小半径收敛)自由R因子%的X-射线幅度当前模型%的X-射线幅度衍生模型幅度R=Σ||F观察||F计算||Σ|F观察|R自由=Σ||F观察||F计算||Σ|F观察|改变模型评估模型哪些参数需要优化?原子坐标X,YZ每一个原子的温度因子B占有率也要优化B=πxuu=样子替换的均方根B原子的振动和无序度单位=Å例子:B=>Å替换B=>Å替换PDB文件中的原子坐标你的结构是正确的吗?几何结构是特殊程度?它包含罕见的构象吗?从化学角度解释得通吗?有效服务http:pdbrutgerseduvalidate骨架结构肽扭曲角度http:pdbrutgersedu支链结构异亮氨酸IIechi分布IIechi分布计数计数χ角可能表示结构错误wwwfccceduresearchlabsdunbrackconfanalysishtmlhttp:pdbrutgerseduvalidatePROCHECK残基性质新的入口aChi平均值的绝对偏差值(excelPro)Chi平均值的绝对偏差值序列χ由高分辨率X-射线结构数据得到的绝对偏差Laskowski,RA,MWMacArthur,DSMoss,andJMThornton"PROCHECK:AProgramtoCheckTheStereochemicalQualityofProteinStructures"JApplCryst():Morris,AL,MWMacArthur,EGHutchinson,andJMThornton"StereochemicalQualityofProteinStructureCoordinates"Proteins():结构预测总结Ramachandran作图支链分析有少见的立体化学模型R值自由R值模型与数据不匹配B-因子残基混乱度PDB头文件&坐标占位结构不完整问题对策NMR结构的解析?溶液相技巧-缓冲溶液中蛋白质以mM浓度存在。通常限制在≤kDaH,C,N原子在磁场中的共振频率测量单个氨基酸在谱图中峰值的确定不同残基间的距离测量<Å分别受限。每一个残基需要很多限制。结构重构应与实验距离限制和立体化学原理一致产生一序列与实验数据相符的结构详情请查看http:publiccrystbbkacukPPSprojectsschirrahtmlhomehtm上的NMR教程由NMR实验数据得到的限制类型由NOEs得到指定原子间的大致距离-给出上限和下限。COSP谱和J-欧联系数产生二面角限制同样对于你所知道的蛋白质也有限制连接度由已知结构和序列决定标准键长和键角由NMR数据建立结构Ⅰ:距离几何假定:一系列标记过的距离限制由三角不等式平滑键产生上限u和下限l(如:从NOEs和键长)如果uij>uikukj那么设uij等于uikukj具体距离dij与键相符且由三角不等式选择(度量化)“埋藏”通常用距离来计算D模型-通常距离与D模型不相符但可以在高维空间中处理。此时需要投影到三维空间(>误差)初始模型含有很多错误必须通过迭代来修正。由NMR数据建立结构Ⅱ:模拟退火算法由NMR实验数据得到如前面讨论的这里Δ是由实验限制因子rij’确定的误差。S是用经验能平衡有效能的因子评估NMR结构的质量使用的限制数每个残基需要~违背了限制的数目由限制得到的RMS偏差不同模型间的RMS的差异需要主链原子rmsd<Å,支链<Å立体化学质量如用PDB有效服务器检查坏的骨架和扭曲的支链蛋白质结构预测同源建模穿线法从头算预测研究蛋白质结构…没有结构比较模型-从同源性来推断蛋白质的结构折叠识别-折叠识别是简单的问题从头算预测-从序列到结构同族成员间的结构翻译-同源建模•用已知结构的蛋白质(模板)确认相似性序列的蛋白质•用模板来比对目标序列•用比对的方法对目标序列建立起近似的结构•充满了缺失片断•优化结构•评价成功一篇优秀的评论:MartiRenometalAnnuRevBiophysBiomolStruct():鉴别好的模板•通过序列相似性:-用FASTA,BLAST,PSIBLASTor穿线法-高度序列相似性的最好效果但可尝试距离同源性之后评估效果•进化关系越相近效果越好-考虑系统进化树•通常有多种模板来作为模型使用比较好•考虑结构的质量(R分辨率平均值B)•考虑特定的结构-四级结构-任何的配体键-pH•找到一个模板的概率是~你已经克隆了一个新的Pombe基因该基因是一个是一个公认的蛋白质激酶Blast搜索PDB,hit=DM目标序列和模板序列的比对•一个好的比对是绝对重要的•对大于%的序列比对结果是明显的•对小于%的序列比对通常要用空位罚分观察:对%的序列仅有%的残基是正确比对的•怎样改进由BLAST提供序列的比对结果目标序列和模板序列的比对•一个好的比对是绝对重要的•对大于%的序列比对结果是明显的•对小于%的序列比对通常要用空位罚分观察:对%的序列仅有%的残基是正确比对的•尽量使用结构信息观察:大部分的插入删除发生在环结构而不是在二级结构的基元部分-用所有可能的模板进行基于结构的序列比对(如:用DALI)-将目标序列添加到序列队列用它的预测结构来选择空位罚分-将队列序列与模板中已知长度的单蛋白质结构域进行比对为了改善序列:检查DM的二级结构(由pdb登入口给出)比对预测的二级结构和目标二级结构(从PHDPREDATORJPREDetc)从序列-Ⅰ建立模型•骨架的构建-如果你只有一个模型复制骨架与部分目标序列比对-如果你有多个模型平均化Cα的位置用下列方法来拟合骨架迹到相应的位置•用高度相似性的模板来确定每一个位置或者•从数据库中选择一个六肽来拟合建立模型-Ⅱ在支链上加-对具有相似序列的位置复制模板结构-对于具有不同序列的位置选择通常观察到的构象的支链位置(如:大家都知道的旋转异构体)-支链位置的确定可能需要迭代来使其满足一致性(后面会有更多的论述)建立模型-Ⅲ•建立环模型-通常目标分子和模板在环区域不同-局部序列不能唯一的决定环结构-通常环含有重要的功能残基-环可以由两种方法建立在pdb中找出含有环结构的数据库-用环的已知结构部分的干部分进行匹配然后将其坐标转换为目标结构的坐标(基于已知结构的方法)用分子动力学能量函数来进行构象搜索(基于物理性质的方法)-这些方法对于小环(-个残基)和具体的环的分类(如:IgG超变量区域)效果较好模型修正由步骤Ⅰ-Ⅲ建立的模型可能具有较差的立体化学性质(如:clasges)通过分子动力学最小化可以改进严重的局部错误吗?观察:扩展的能量最小化产生最差的模型在这一点上支链构象可以调整到与整个模型一致!限制最优化•Sali’sMODELLER,GMontelione’sHOMA•用模板来得到限制-原子距离二面角•用分子动力学引入其它的限制-键长键角二面角非键项•将限制综合成一个目标函数•最小化笛卡儿坐标空间•优点:综合模型建构&修正可以综合很多种类的数据(如:NMR限制)Sali,A,andTLBlundell"ComparativeProteinModellingbySatisfactionofSpatialRestraints"JMolBiol,no(December):有很多地方容易出错…•坏的模板-它根本就没有与目标分子相同的结构•坏的序列(一个非常普遍的问题)•好的序列到好的模板仍然产生错误的局部结构•坏的环构建•坏的支链位置模型比对的缺陷MartiRenometalAnnuRevBiophysBiomolStruct():TM序列年度评论的非盈利年度评论出版社允许。允许使用如何知道你的模型是否可信?模型评估目标分子&模板之间的序列相似性用新发现的晶体结构来测试结构的相似性-骨架&支链构象H键结构是否与蛋白质相象-有好的HP模式吗?根据相同的能量函数它有比其它结构更好的分值吗?Z分值=S<S>σ序列相似性MartiRenometalAnnuRevBiophysBiomolStruct():TM序列年度评论的非盈利年度评论出版社允许。允许使用MartiRenometalAnnuRevBiophysBiomolStruct():TM序列年度评论的非盈利年度评论出版社允许。允许使用这些数字来自自动过程-从某种程度上比手动干涉结果要好

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