Swiss-pdbviewer使用說明

1、DeepView （曾經(jīng)叫做 Swiss-PdbViewer）,也叫 DV 或 SPV，是一種 界面友好， 基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用，功能強(qiáng)大的三維圖形軟件工具。它是 由瑞士日內(nèi)瓦分子生物服 務(wù)器的ExPASy設(shè)計(jì)的，生物學(xué)家可以通 過英特網(wǎng)從該服務(wù)器免費(fèi)獲得。一. Overview Swiss-Pdb Viewer 又叫 Deep View.它的功能如下：a.顯示和分析生物大分子（protein ）的結(jié)構(gòu)與圖解；b給予一段氨基酸序列，從頭建立蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型c.找出并顯示蛋白質(zhì)中、蛋白質(zhì)間、基團(tuán)間的氫鍵 d通過檢晶儀檢測(cè)電子密度圖，判斷電子密度 圖譜和模型的質(zhì)量，從而可以確定蛋白質(zhì)模型中許多普通類型的缺

2、陷；e.同時(shí)顯示分析多個(gè)蛋白質(zhì)的 3D結(jié)構(gòu)和序列；f計(jì)算氨基酸 殘基的靜電力和分子表面攜帶的最小自由能。g對(duì)序列已知結(jié)構(gòu)未知的蛋白質(zhì)，Deep View會(huì)將氨基酸序列遞交給 ExPASY ,通過找 到同源序列進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)結(jié)果通過ExPASY遞交給SwissModel，做出同源模型。二. Getting Started載入一個(gè)蛋白質(zhì)分子的方法有以下幾種a.可以直接在菜單fileopen PDB file b也可以在打開 PdbViewer之后 再直接把pdb文件拖進(jìn)去即可c另外也可以通過快捷鍵 ctrl+o打 開pdb文件d.在菜單file最下面的最近使用的 pdb文件中直接 打開e.在菜單

3、file中點(diǎn)擊Import,出現(xiàn)對(duì)話框，在Name欄中鍵入 PDB ID，女口 “ 1HEW”，點(diǎn)擊 “Grab from SERVER 下面的 “PDB File ”，模型就會(huì)以 棍狀形式出現(xiàn)。從這里我們可以看出，載入一 個(gè)蛋白分子，不僅 可以使用 PDB ID,還可以使用 ExPDB ID,SwissModel中的編號(hào)，Uppsala EDS 中的電子密度圖編號(hào)，pubchem CID , Uniprot 和 GenBank 中的序列號(hào)等。保存 PDB 文件a.可以通過file f SaveCurrent Layer(Ctrl+S)保存在顯示 窗口活動(dòng)的蛋白 分子的PDB文件。b. Pro

4、ject(shift+ctrl+S)保存所 有同時(shí)打開顯示的蛋白質(zhì)分子。c. Save selected residues of CurrentLayer保存被選擇的氨基酸殘基。d.還可以保存蛋白序列的fasta格式和當(dāng)前蛋白質(zhì)的圖像。 e.保存不同蛋白間的序列比對(duì)結(jié)果。f.同時(shí)可以修改默認(rèn)的參數(shù)以更好的顯示分子圖像。三. Windows and Help在 windows下有如下各種功能：control panel, layers infos, alignment,下面以斑頭雁與人的血紅蛋白的序 列為例，來介紹 windows這些選項(xiàng)卡的功能。(一)Control Panel當(dāng)前顯示的分子C

5、ontrol Panel header第一行是控制當(dāng)前活動(dòng)分子 的 可見性和可移動(dòng)性，以及針對(duì)Control Panel尋求幫助。第二行 的功能從左至右依次是：顯示氨基酸殘基(show),顯示側(cè)鏈(side), 標(biāo)注殘基(lable)，顯示分子表面()，以條帶形式顯示螺旋和折疊 (ribbons),并且可以有選擇的對(duì)各種氨基酸殘基進(jìn)行顏色修飾(color)。每一項(xiàng)上面的 標(biāo)志，當(dāng)點(diǎn)擊 Group這一項(xiàng)主要列出 的 有：蛋白質(zhì)的主鏈：A.B 二級(jí)結(jié)構(gòu)：h(helix) S(strand)氨基酸名稱： 如GLU, VAL等 氨基酸的編號(hào)“ +時(shí)，就會(huì)針對(duì)選中的氨基 酸顯示相應(yīng)的側(cè)鏈、標(biāo)簽、電子云等

6、，點(diǎn)擊“”時(shí)，這些相應(yīng)的 側(cè)鏈、標(biāo)簽、電子云消失。這兩個(gè)黑色的箭頭可以顯示隱藏的菜單：一一選擇表面的類型：VDW(范德華力表面)、accesible(可及性表面）、 molecular（分子表面）、user。 著色對(duì)象的類 型：Backbone+side骨架和側(cè)鏈）、Backbone骨架）、sidechain側(cè) 鏈）、ribbon（條帶）、lable（標(biāo)簽）molecular surface（分子表面）、（二）Layers Infos layers infos可以同時(shí)顯示多個(gè)蛋白質(zhì)的信息，可以通過對(duì)layers infos的操作控制 各個(gè)蛋白質(zhì)的顯示情況，根據(jù)使 用者的需要清楚的觀察各個(gè)蛋白質(zhì)

7、。點(diǎn)擊問號(hào)標(biāo)志，可以針對(duì)Layers Info尋求幫助。列出所有載入 的分子，當(dāng)前 活動(dòng)分子用紅 色表示。以NCBI分類法 為依據(jù)，給出蛋 白所屬生物的分 類學(xué) 地位。對(duì)每個(gè)分子，選中或不選可以 控制是否執(zhí)行如下表所示的各 種功能，按住shift可同時(shí)控制 所有載入的分子。顯示在每個(gè)分子中當(dāng) 前選中的基團(tuán)數(shù)。Layers Info sel grp vis mov axis CA O HHbnd Hdst cyc分子被選中。 便于序列的選擇，點(diǎn)擊下面的數(shù)字時(shí)， 會(huì)選中所有屬于這一基團(tuán)的序列?？刂频鞍椎目梢娦?。 控制這個(gè)蛋白質(zhì)是否可以移動(dòng)。 給該圖形加一個(gè)坐標(biāo)軸，該坐標(biāo)軸有三個(gè)方向： X,Y,Z。

8、用來控制是否只顯示蛋白質(zhì)的a碳原子。用來控制是否顯示骨架的氧原子。用來控制是否顯示氫原子。用來控制是否顯示氫 鍵。 顯示氫鍵間的距離?？刂撇煌琹ayer之間的輪換顯示，按Ctrl+Tab可完成這一操作，但只有在所選layer的cyc選中的情況 下進(jìn)行。+” 表示這一 layer總是可見，-”表示這一 layer總 是隱藏?？刂平o出的序列是否會(huì)出現(xiàn)在比對(duì)窗口。允許去選擇模板來構(gòu)建初級(jí)模型或提交給SwissModel進(jìn)行同源模建。標(biāo)記 “ * ”的layer會(huì)被作為參考layer,這一 layer會(huì)被作為同源模建時(shí)的主要 模板，他的骨 架會(huì)被應(yīng)用，而其他模板的作用只是增加構(gòu)建側(cè)鏈的 準(zhǔn)確性。Aln

9、W mdl注：Ctrl+點(diǎn)擊layer的名字就可以對(duì)所點(diǎn)擊的 layer重新命名。1 （三）Alignment Alignment可以進(jìn)行序列的比對(duì)， 將斑頭雁的血紅蛋白（1a4f）與灰雁的血紅蛋 白（1faw）文件打開， 應(yīng)用Alignment進(jìn)行序列比對(duì)。點(diǎn)擊左側(cè)的小圖標(biāo)可以以文本形式 顯示比對(duì)的結(jié)果。|四.Manipulating the Model 共有13個(gè)控制按鈕，從左至右依次 為：是將顯示的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型在窗口中居中。點(diǎn)擊該圖標(biāo)后，可以保持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型不旋轉(zhuǎn)的情況下在顯示窗口中移動(dòng)模型。點(diǎn)擊該圖標(biāo)后，可以放大或者是縮小結(jié)構(gòu)模型。點(diǎn)擊該圖標(biāo)后，可以旋轉(zhuǎn)該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可以通過不

10、同的角度清楚的觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。是用來測(cè)量?jī)蓚€(gè)原子間的距離。用來測(cè)量三個(gè)相鄰原子的角度。用來測(cè)量相鄰四個(gè)原子的二面角。點(diǎn)擊以后可以在所顯示的蛋白質(zhì)上查看某個(gè)氨基酸殘基是什么，并且標(biāo)出該氨基酸殘基在蛋白質(zhì)多 肽中的位置。|是以某個(gè)氨基酸殘基為中心，顯示在一定范圍內(nèi)的 所有原子。以虎紋捕鳥 蛛毒素（1QK6）為例，顯示在cys16周圍 4.000范圍之內(nèi)的所有氨基酸殘基。 顯示以某個(gè)所選定的氨基酸殘基 為中心的蛋白質(zhì)多肽的結(jié)構(gòu)圖。是將一個(gè)分子疊加到另一個(gè)分子上（僅僅當(dāng)有兩個(gè)或更多的分子被載入時(shí) 可以利用），在這種情況下， 可以點(diǎn)擊三個(gè)相應(yīng)的分子中的原子來進(jìn)行疊加。 可以應(yīng)用這個(gè)工具 進(jìn)行對(duì)某一點(diǎn)的定

11、點(diǎn)突變。 用來對(duì)所選的氨基酸殘基的某一鏈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)扭曲。關(guān)于mutate和torsion會(huì)在后面具體介紹 五.Selecting and Displaying 選擇 Display-show H-bonds 或者 先選擇 Tool-Compute H-Bonds再選擇 Layers Info 中的 Hbnd ,H鍵就會(huì)以綠色的形式表現(xiàn)出來。如下圖：（1a4f）如果想進(jìn)一步查看 H 鍵的長(zhǎng)度，可以選擇 Displayshow H-bonds distances或者直接點(diǎn)擊Layers Info中的Hdst，氫鍵的長(zhǎng)度就會(huì)被標(biāo)出。|蛋白質(zhì)常見的20種氨基酸，如果想查看在蛋白質(zhì)中想要的氨基酸，比如半胱

12、氨 酸（Cys），可以選擇 SelectGroup kindCys（c）.以1t1k.pdb為例，得到了 3個(gè)Cys黃色表示硫原子）1t1k.pdb Group kind中還有ATCGU （這是針對(duì)核苷酸序列的）按照同樣的方法， 也能得 到想要的部分。 SelectInverse selection是反向選擇：當(dāng)前選中的部分變?yōu)槲催x中的部分；同時(shí)原來未選中的部分變?yōu)檫x中的部分。 SelectGroup Property 中有 4 個(gè)選項(xiàng)： Basic ;Acidic ;Polar ;non Polar它們分別 是選擇堿性、酸性、極性、 非極性氨基酸）。以1hew為例，共含203個(gè)氨基酸，見下圖

13、：（堿 性氨基酸有18個(gè)）（酸性氨基酸有9個(gè)）（極性氨基酸有37個(gè)）（非 極性氨基酸有65個(gè)）六.Coloring Swiss-PdbViewer提供了多種對(duì)模型染色的方式。在分子模擬中，不同的顏色可以用生動(dòng)、直觀的形式來展示分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，幫助理解分子的 復(fù)雜結(jié)構(gòu)。以1t1k.pdb為 例 注： 1t1k,human insulin mutant His-B10-Asp Val-B12-Ala Pro-B28-Lys Lys-B29-Pro, 含 53個(gè)氨基酸，有兩條鏈。（一）.Color-Secondary Structure 將螺旋部分（helix）標(biāo)記為紅色，折疊部分（s

14、trands標(biāo)記為黃色，無規(guī)卷曲（coil）標(biāo)記為灰色，如下 圖： 1t1k.pdb （二）.Color- Secondary Structure Succession Secondary Structure Succession能將整個(gè)序列的每個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)用不 同的顏色顯 示出來，第一個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)用紫色，最后一個(gè)用紅色，中 間的二級(jí)結(jié)構(gòu)用在可見光 譜（400nm-700nm）的各種不同的顏色顯 示出來。這樣可以更清楚的看到從氨基端到羧基端二級(jí)結(jié)構(gòu)間的順序。如下圖：1t1k.pdb （三）.Color-by Chain用于區(qū)分含有多條 鏈的結(jié)構(gòu)，不同的鏈 用不同的顏色表示出來（1t1k .pdb中

15、一條 alpha鏈和一條 beta鏈）黃色的表示 alpha鏈，藍(lán)色的表示 beta 鏈。如下圖：1t1k.pdb | （四）.Color-by Type對(duì)結(jié)構(gòu)模型染色的 依據(jù)是殘基的化學(xué)類型：帶正電的用藍(lán)色表示；帶負(fù)電用紅色 表示； 不帶電的用黃色表示；無極性的用灰色表示。如下圖：1t1k .pdb（五）.Color-by Accessibility在結(jié)構(gòu)中每個(gè)氨基酸殘基與周圍溶劑接 觸程度的多少?zèng)Q定了殘基的顏色。與溶劑 接觸最少的是藍(lán)色，完全露在分子表面的是紅色，接觸介于2者之間的，用藍(lán)色 和紅色中間 的顏色表示，如藍(lán)綠色和洋紅色。如下圖：1t1k.pdb | （六）Color-by CP

16、K將所有殘基集團(tuán)的顏色恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：原子用白色表示；原子用紅色表示；C O N原子用藍(lán)色表示；S原子用黃色表示。如下圖：1t1k .pdb （七）.Color- B Factor模型中的顏色取決于 B因子（或稱之為溫度因子）。對(duì)于一個(gè)原子來說，B因子 指的是該原子在一般（平均化了的）模型的位置與在其他模型的位置間的 平均距 離，可反映分子各部分的搖擺性或活動(dòng)性。因此，可以利用B 因子來判斷其他模型與一般模型的一致性。若在所有測(cè)得的 模型 中該原子的位置變化不大是固定的， 則以深藍(lán)色顯示； 若在所有測(cè)得 的模型 中該原子的位置是不確定的或者說搖擺性很大，則以紅色表 示。如下圖：1a4f- a

17、1t1k七. Measuring and Labeling在分子結(jié)構(gòu)中，將分子結(jié)構(gòu)放置到合適 的位置，可以測(cè)量 2 點(diǎn)之間的距離、 相鄰 3 個(gè)原子的角度以及相鄰4 個(gè)原子的二面角。 同時(shí)可以在圖上標(biāo)注出來。 點(diǎn)擊圖標(biāo) ，選取任 意兩點(diǎn)， 即可測(cè)得這兩點(diǎn)間的距離。 點(diǎn)擊圖標(biāo) ，如想測(cè)得三個(gè)相鄰 原子的夾角， 先點(diǎn)擊角的頂點(diǎn)， 再點(diǎn)擊余 下兩點(diǎn)， 即可測(cè)得夾角值。 以 1t1k.pdb 為例來說明二面角的測(cè)量， 選取 beta 鏈中的 12Ala， Ctrl+ 依次選取相鄰的 4 個(gè)原子，測(cè)得二面角為 156.40 。如下圖所 示： ， 為了驗(yàn)證測(cè)得的二面角是否正確，可將模型旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到某 一角

18、度時(shí) 2， 3 點(diǎn)重 合，這時(shí)形成的角即為二面角或其補(bǔ)角，如下 圖所示： 黃線標(biāo)注的即為二面角補(bǔ)角。如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)不是你 想 要 的 ， 可 以 清 除 ,重 新 測(cè) 量： 選 擇 ： DisplayLabelkindClear User Labels （快捷鍵 “ Alt ” -+。“ ）八. Mutating and Changing Side-Chain Conformations 在這一部分 里，我們以 1HEW 為例，將 98ILE 突變?yōu)?98GLN ，然后再研究 是否 這個(gè)新的殘基會(huì)與 tri-NAG 形成多的氫鍵。 注： 1HEW（ 雞 蛋白溶菌酶 HEN EGG WHIT

19、E LYSOZYME） ， 內(nèi)含有 tri-NAG（ 三 聚 氮乙酰葡萄糖 ）。 首先： display and center the complete model 1HEW in CPK colors display H-bonds restrict the display to tri-NAGand groups within 7 angstroms of tri-NAG display only H-bonds totri-NAG如下圖所示：98ILE也在顯示范圍內(nèi)，并且 它的側(cè)鏈朝向tri-NAG的方向，所以可以作為蛋白質(zhì)工程改造的備選因子。選擇mutate,點(diǎn)擊98ILE上的任一原子

20、，如下圖所示：選擇突變?yōu)镚LN，是因?yàn)镚LN具有長(zhǎng)的側(cè)鏈，有接受或貢獻(xiàn)H-bond的能力。 如圖所示，當(dāng)突變?yōu)镚LN后，98GLN的氮原子上的氫與201NAG上第三位氧原子形成氫鍵。檢測(cè)側(cè)鏈可能形成的不同構(gòu) 象。可以通過鍵盤上的*控制，也可以點(diǎn)擊 mutate按鈕下的箭頭。 每次點(diǎn)擊，Deep View都會(huì)顯示一個(gè)不同的構(gòu)象，粉色虛線表示可能 與其他原子 產(chǎn)生碰撞，綠色虛線表示會(huì)形成潛在的H-bond。從圖中可以看出，98GLN的氮原子與色氨酸 Trp會(huì)產(chǎn)生碰撞，要找到 一種構(gòu)象既可與tri-NAG形成H-bond,也不會(huì)與其他殘基發(fā)生碰 撞。注意這時(shí) mutate按鈕仍然是黑色，Click

21、the button again and click Accept to keep the new GLN residue in the conformation you selected.改變構(gòu)象看新的側(cè)鏈?zhǔn)欠駮?huì)與其它的原子相連，選擇 TORSION點(diǎn)擊98GLN的任一原子。 每次點(diǎn)擊黑色箭頭，都會(huì) 自動(dòng)生成新的構(gòu)象。也可通過控制鍵盤的數(shù)字鍵來進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。如下圖所示：98GLN只與 201NAG 形成氫鍵 98GLN 可與 201NAG,202NAG形成氫鍵 | 98GLN 可與201NAG形成2個(gè)氫 鍵 注意這時(shí) TORSION 按鈕也為黑色， 注意：在使用 MUTATE 時(shí)，Deep

22、View只顯示實(shí)際構(gòu)象，但使用 TORSION 時(shí)， 不會(huì)檢 查改造過的側(cè)鏈構(gòu)象是否真實(shí)，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)上不可能的構(gòu)象。實(shí)際 應(yīng)用上要對(duì)模型進(jìn)行能量最小化，得到最穩(wěn)定構(gòu)象，來消除不合理的構(gòu)象。 Deep View 通過對(duì) AMBER, CHARMm, GROMOS 程序 遞交能量最小化請(qǐng)求，進(jìn) 行模型能量最小化。具體操作如下：Select: Visible Groups Tools: Energy Minimization.能量最小化后的構(gòu)象 將能量最小化前、后的模型進(jìn)行magic fit,可看出構(gòu)象的差異。九.Using a Ramachandran Plot Ramachandran Plot

23、（ a碳與酰胺平面交角圖，拉氏構(gòu)象圖），通過它可以了解相關(guān) 殘基的phi和psi角 的信息。通過拉氏圖可獲得的信息：（1）允許構(gòu)象和不允許構(gòu) 象。（2） 蛋白質(zhì)主鏈的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。 理論上phi,psi這兩個(gè)角度可以自由旋轉(zhuǎn)， 可實(shí)際上在某些特定的角度可能有空間上的障礙，RamachandranPlot主要目的是顯示哪些角度的組合是空間上所允許的。這些在空間上允許出現(xiàn)的區(qū)域以藍(lán)色與黃色等高線表示。若將已知的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中a-螺旋的角度繪在圖上，大部分的點(diǎn)都出現(xiàn)在第三象限的黃 色區(qū)域中； 而&鏈的數(shù)據(jù)集中在第二象限的黃色區(qū)域中。beta-strand 一方面顯示這些結(jié)構(gòu)都落在沒有空間障礙的區(qū)域，另一方面也顯示這些結(jié)構(gòu)是重 復(fù)的，一連串的氨基酸都有相似的結(jié)構(gòu)， 在這兩種特別的二級(jí)結(jié)構(gòu)中，任何R基都不會(huì)碰撞在一起。拉氏圖中黃線封閉的區(qū)域是允許區(qū)，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的任何成對(duì)二面角（ , 9）所規(guī)定 的構(gòu)象都是立體化學(xué)所允許的。因?yàn)樵跇?gòu)象中，非共價(jià)鍵合 原子間的距離 瀑小 接觸距離，兩者無斥力，構(gòu)象能量最低，所以構(gòu) 象是穩(wěn)定的。例如平行和反平行B折疊片，膠原蛋白三股螺旋和右手a螺旋都位于允許區(qū)內(nèi)。黃線外藍(lán)線內(nèi)