結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗證與比對學(xué)習(xí)資料

結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗證與比對Structurevalidationandalignment李琬生物物理教研室分子生物學(xué)館212liwan@教學(xué)大綱掌握：拉氏圖，PDBSum，ADIT，結(jié)構(gòu)比對步驟，DALI，CE，DeepAlign，F(xiàn)ATCAT了解：x射線晶體成像、NMR的誤差估計，PROCHECK，WHATCHECK，PROVE，結(jié)構(gòu)比對重要性結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗證結(jié)構(gòu)比對△※△※結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗證（validation）實驗

結(jié)構(gòu)

模型誤差error系統(tǒng)誤差——準(zhǔn)確度隨機(jī)誤差——精度系統(tǒng)誤差小——模型本質(zhì)上是正確的隨機(jī)誤差大精度水平較低，數(shù)據(jù)的質(zhì)量稍差一些，可以被用于大尺度性質(zhì)的研究不能用于需要精確知道原子位置的細(xì)節(jié)性的研究系統(tǒng)誤差大——不準(zhǔn)確隨機(jī)誤差小非常精確修正的模型毫無用處和意義誤差估計拉氏圖用于結(jié)構(gòu)檢查的軟件網(wǎng)絡(luò)上的質(zhì)量信息※△RNA聚合酶II

（RNApolymeraseII）催化合成mRNAX-raycrystallography(red,2Q5E)NMR(green,2F3I)（1）X射線晶體成像（2）NMR誤差估計PDB/pdb/home/home.do（1）X射線晶體成像（X-RayCrystallography）分辨率（Resolution）取決于晶體的有序性有多好。分辨率越高，包含的細(xì)節(jié)信息越多，得到的最終模型的準(zhǔn)確度越高。R因子（RValue）表示從模型計算和實驗數(shù)據(jù)得到的結(jié)構(gòu)因子之間的差異性程度。數(shù)值越高，對應(yīng)的數(shù)據(jù)之間的一致性就越差；數(shù)值越小，數(shù)據(jù)之間的一致性就越好。平均位置誤差（Estimatedoverallcoordinateerror）分子核心的原子排布更為有序，標(biāo)準(zhǔn)偏差比平均值要低；位于運動性更強(qiáng)、解析結(jié)構(gòu)不是很好的表面的原子的值要比平均值高。B因子（BValue）與原子的位置偏差密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)中具有最大B值的原子往往是具有最大位置不確定性的原子。選擇分辨率0.2nm或更好R因子0.20或更低B值小于40.0時間具體研究類型選擇查閱文獻(xiàn)（2）NMR（NuclearMagneticResonance）拉氏圖(RamachandranPlot)一種使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中主鏈氨基酸殘基的二面角φ（phi）與Ψ（psi）可視化的方法。Φ：Cα-N鍵的旋轉(zhuǎn)角度Ψ：Cα-C鍵的旋轉(zhuǎn)角度△允許區(qū)——可以穩(wěn)定存在。最大允許區(qū)——可以存在，不穩(wěn)定。不允許區(qū)——不能存在。根據(jù)氨基酸在幾個區(qū)域的分布情況允許區(qū)和最大允許區(qū)>90%-符合立體化學(xué)規(guī)則。不允許區(qū)>10%-測定方法有問題。拉氏圖區(qū)域表現(xiàn)的是氨基酸殘基理論上可以出現(xiàn)的構(gòu)象。不涉及能量，僅僅檢測構(gòu)象是否合理，是否符合立體化學(xué)規(guī)則。AproteomicRamachandranplot(PRplot)氨基酸(A=ΦorΨ).蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組PDBselectPisces-3.0Scop-nr用于結(jié)構(gòu)驗證的軟件/pdb/static.do?p=software/software_links/analysis_and_verification.html（1）PROCHECK（2）WHATCHECK（3）PROVE（1）PROCHECK計算一個給定蛋白質(zhì)模型的一系列的立體化學(xué)參數(shù)，以直觀的彩圖形式輸出PS格式的結(jié)果文件。（2）WHATCHECK包含大量的檢測項，可以針對給定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與正常結(jié)構(gòu)之間的差異，產(chǎn)生一個非常長而且很詳細(xì)的結(jié)果輸出。（3）PROVE比較給定結(jié)構(gòu)的原子體積與預(yù)先計算好的一系列標(biāo)準(zhǔn)體積之間的差別。（1）PDBsum（2）ADIT網(wǎng)絡(luò)上的質(zhì)量信息※http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/所有PDB結(jié)構(gòu)的性質(zhì)分析和圖形展示。（1）PDBsum（2）ADIT/validate/檢查坐標(biāo)的格式一致性(PRECHECK)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)驗證報告(VALIDATION)結(jié)構(gòu)比對序列比對sequencealignment↓結(jié)構(gòu)比對structurealignment重要性常用方法結(jié)構(gòu)比對軟件※△※序列相似→結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似不一定具有相似的序列。兩個從不同進(jìn)化源點出發(fā)的核酸或蛋白質(zhì)，由于趨同進(jìn)化的作用，可能會折疊成相似的空間結(jié)構(gòu)。重要性蛋白質(zhì)組注釋結(jié)構(gòu)分類方法通過結(jié)構(gòu)比對幫助確定折疊的類別，建立模板庫以供蛋白質(zhì)組注釋之用；功能推測把折疊和功能已知的分子與功能未知的分子進(jìn)行比對，推測未知分子的功能；結(jié)構(gòu)預(yù)測預(yù)測的結(jié)構(gòu)在許多不同的模板結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行比對；揭示遠(yuǎn)緣序列關(guān)系結(jié)構(gòu)比對能提供不能從當(dāng)前序列比對方法得到的信息。常用方法當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)比對時，通常不考慮側(cè)鏈原子，只使用骨架原子。為了簡單和有效，通常只使用Cα。只有當(dāng)結(jié)構(gòu)高度相似或相同時，才使用側(cè)鏈原子。△※（1）步驟（2）DALI（3）CE（1）步驟用不依賴于所選取坐標(biāo)的方式描述蛋白質(zhì)A和蛋白質(zhì)B（如距離矩陣），使它們易于比較；比較A和B；優(yōu)化A和B之間的比對；與隨機(jī)情況相比，計算該比對的統(tǒng)計顯著性。（2）DALI（DistanceMatrixAlignment）用距離矩陣表示要比較的結(jié)構(gòu)；Cα原子兩兩之間的距離列成矩陣在矩陣中尋找重合區(qū)域，把重合區(qū)域連成片；對角線重合的部分表示相似的主鏈構(gòu)象對角線之外重合的部位表示相似的三級結(jié)構(gòu)一個相對于另一個水平或豎起移動的重疊區(qū)域，表示在結(jié)構(gòu)中存在缺失或插入。分支界限法尋找重合區(qū)域最優(yōu)解；對225個代表性結(jié)構(gòu)進(jìn)行兩兩比較，得出平均得分和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差，得到z-score。http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali_lite/start（3）CE

(Combinatorialextension)八肽片斷距離對每條蛋白質(zhì)鏈上的任意8個殘基進(jìn)行組合，比較Cα原子的距離矩陣確定對齊的片段對，尋找下一個對齊的片段對；動態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化，循環(huán)得到最優(yōu)比對；對25%非冗余集建立均方根偏差（rmsd）和空位的分布，將兩個正態(tài)分布的z-score組合得到z-score。/jfatcatserver/ceHome.jsp類型Pair——PairwiseAlignment(2structuresonly);Multi——MultipleStructureAlignment蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比對軟件※Class:Cα--BackboneAtom(Cα)Alignment;SSE--SecondaryStructureElements

Alignment;Surf--ConnollyMolecularSurfaceAlignment.NAMEDescriptionClassTypeLinkMAMMOTHMAtching

Molecular

Models

Obtainedfrom

TheoryCαPairserverCECombinatorial

ExtensionCαPairserverTM-alignTM-scorebasedproteinstructure

alignmentCαPairserverSSAPSequential

Structure

Alignment

ProgramSSEPairserverLGALocal-Global

AlignmentCαPairserverPOSAPartial

Order

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AlignmentCαMultiserverFATCATFlexibleStructure

AlignmenT

by

Chaining

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TRAnsitionofprotein

StructureCα&SSEPairserverFASTFAST

Alignmentand

Search

ToolCαPairserverProFitProteinleast-squares

FittingCαMultiserverTOPOFITAlignmentasasuperimpositionofcommonvolumesatatopomaxpointCαPairserverLOVOALIGNLow

Order

Value

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AlignmentCαPairserverMattMultiple

Alignmentwith

Translationsand

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Alignmentof

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Inthepresenceof

DomainmOvementsCαPairserverTOPS++FATCATFlexibleStructure

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by

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StringModelCαPairserverQPTableauSearchTableau-basedproteinsubstructuresearchusingquadraticprogrammingSSEPairserverProSMoSProtein

Structure

Motif

SearchSSEPairserverMISTRALEnergy-basedmultiplestructuralalignmentofproteinsCαMultiserverStructalLeastSquaresRootMeanSquaredeviationminimizationbydynamicprogrammingCαPairserverProBiSDetectionofStructurallySimilar

Protein

Binding

SitesbyLocalStructuralAlignmentSurfPairserverALADYNDynamics-based

Alignment:superposingproteinsbymatchingtheircollectivemovementsCαPairserverSATableauSearchFastandaccurateproteinsubstructuresearchingwithsimulatedannealingandGPUsSSEPairserver3DCOMBextensi