SWISS-MODEL蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

1、SWISS-MODEL 白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)SWISS-MODE 是一項(xiàng)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的服務(wù)，它利用同源建模的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)一段未知序列的三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。該服務(wù)創(chuàng)建于 1993 年,開(kāi)創(chuàng)了自動(dòng)建模的先河，并且它是訖今為止應(yīng)用最廣泛的免費(fèi)服務(wù)之一。同源建模法預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)一般由四步完成：1,從待測(cè)蛋白質(zhì)序列出發(fā)，搜索蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（如 PDB,SWISS-PRO 偌），得到許多相似序列（同源序列），選定其中一個(gè)（或幾個(gè)）作為待測(cè)蛋白質(zhì)序列的模板；2 .待測(cè)蛋白質(zhì)序列與選定的模板進(jìn)行再次比對(duì)，插入各種可能的空位使兩者的保守位置盡量對(duì)齊；3 .建模：調(diào)整待測(cè)蛋白序列中主鏈各個(gè)原子的位置，產(chǎn)生與模板相同

2、或相似的空間結(jié)構(gòu)一一待測(cè)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)模型；4,利用能量最小化原理，使待測(cè)蛋白質(zhì)側(cè)鏈基團(tuán)處于能量最小的位置。最后提供給用戶的是經(jīng)過(guò)如上四步（或重復(fù)其中某幾步）后得到的蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)。SWISS-MODEL 作模式SWISS-MODE 齦務(wù)器是以用戶輸入信息的最小化為目的設(shè)計(jì)的，即在最簡(jiǎn)單的情況下，用戶僅提供一條目標(biāo)蛋白的氨基酸序列。由于比較建模程序可以具有不同的復(fù)雜性，用戶輸入一些額外信息對(duì)建模程序的運(yùn)行有時(shí)是有必要的，比如，選擇不同的模板或者調(diào)整目標(biāo)模板序列比對(duì)。該服務(wù)主要有以下三種方式：FirstApproachmode（簡(jiǎn)捷模式）：這種模式提供一個(gè)簡(jiǎn)捷的用戶介面：用戶只需要輸入一條氨基酸

3、序列，服務(wù)器就會(huì)自動(dòng)選擇合適的模板。或者，用戶也可以自己指定模板（最多 5 條），這些模板可以來(lái)自 ExPDB 模板數(shù)據(jù)庫(kù)（也可以是用戶選擇的含坐標(biāo)參數(shù)的模板文件）。如果一條模板與提交的目標(biāo)序列相似度大于 25%,建模程序就會(huì)自動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行。但是，模板的可靠性會(huì)隨著模板與目標(biāo)序列之間的相似度的降低而降低，如果相似度不到 50%往往就需要用手工來(lái)調(diào)整序列比對(duì)。這種模式只能進(jìn)行大于 25 個(gè)殘基的單鏈蛋白三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。AlignmentInterface（比對(duì)界面）：這種模式要求用戶提供兩條已經(jīng)比對(duì)好的序列，并指定哪一條是目標(biāo)序列，哪一條是模板序列（模板序列應(yīng)該對(duì)應(yīng)于 ExPDB模板數(shù)據(jù)庫(kù)中一條已經(jīng)

4、知道其空間結(jié)構(gòu)的蛋白序列）。服務(wù)器會(huì)依據(jù)用戶提供的信息進(jìn)行建模預(yù)測(cè)。Projectmode（工程模式）：手工操作建模過(guò)程：該模式需要用戶首先構(gòu)建一個(gè) DeepView 工程文件，這個(gè)工程文件包括模板的結(jié)構(gòu)信息和目標(biāo)序列與模板序列間的比對(duì)信息。這種模式讓用戶可以控制許多參數(shù)，例如：模板的選擇，比對(duì)中的缺口位置等。此外，這個(gè)模式也可以用于firstapproachmode 簡(jiǎn)捷模式”輸出結(jié)果的進(jìn)一步加工完善。此外，SWISS-MODE 四具有其他兩種內(nèi)容上的模式：Oligomermodeling（寡聚蛋白建模）：對(duì)于具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)蛋白,SWISS-MODEL 提供多聚模板的模式，用于多單體的蛋

5、白質(zhì)建模。這一模式彌補(bǔ)了簡(jiǎn)捷模式中只能提交單個(gè)目標(biāo)序列，不能同時(shí)預(yù)測(cè)兩條及以上目標(biāo)序列的蛋白三維結(jié)構(gòu)的不足。GPCRmode（G 蛋白偶聯(lián)受體模式）：是專門(mén)對(duì) 7 次跨膜 G 蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。SWISS-MODEL 作原理12345搜索合適檢查序列與模板啟動(dòng)ProModII 的運(yùn)用 Gromos96 得到能量的模板的匹配程度ProModII算結(jié)果最低狀態(tài)步驟FirstApproachMode(regular)簡(jiǎn)捷模式（常規(guī)）FirstApproachMode(withuser-definedtemplates)簡(jiǎn)捷模式(使用用戶優(yōu)化模板)OptimiseMode優(yōu)化模式1步驟程序/方法

6、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果1BLASTP2ExNRL-3D能找到靶序列與已知結(jié)構(gòu)序列的所有相似點(diǎn)2SIM-能夠?qū)⑿蛄邢嗨菩源笥?25%勺序列或比 20 個(gè)殘基大的已構(gòu)建模型選擇出來(lái)。 另步將會(huì)預(yù)測(cè)到那些能夠根據(jù)不相關(guān)的模板構(gòu)建的結(jié)構(gòu)域。r3-生成 ProModII 輸入文件r4ProModIIExPDB生成所有模型15Gromos96-所有模型能量最小化示例 FirstApproachRequest提交:SWISS-PROTACcodeP25445FASLRECEPTORPRECURSOR(APOPTOSIS-MEDIATINGSURFACEANTIGENFAS)獲彳導(dǎo):兩條模板OnefortheDEATHd

7、omain(intracellular)andonefortheliganddomain(extracellular)運(yùn)算程序TracelogAlignMasteroutputLengthoftargetsequence:335residuesSearchingsequencesofknown3DstructuresFound11DDF.pdbwithP(N)=3.4e-59Found11CDF.pdbwithP(N)=1.6e-13Found11EXT.pdbwithP(N)=1.5e-09Found21EXT.pdbwithP(N)=1.5e-09Found21NCF.pdbwithP(N

8、)=1.5e-09Found21TNR.pdbwithP(N)=1.5e-09Found11NCF.pdbwithP(N)=1.5e-09ExtractingtemplatesequencesRunningpair-wisealignmentswithtargetsequenceSequenceidentityoftemplateswithtarget:11DDF.pdb:100%identity11CDF.pdb:37.33%identity11EXT.pdb:26.4%identity21EXT.pdb:26.4%identity21NCF.pdb:26.4%identity21TNR.p

9、db:26.4%identity11NCF.pdb:26.4%identityLookingfortemplategroupsGlobalalignmentoverview:TagetSequence:|=|11DDF.pdb|11CDF.pdb|11EXT.pdb|21EXT.pdb|21NCF.pdb|21TNR.pdb|11NCF.pdb|AlignMasterfound2regionstomodelseparately:1: Usingtemplate(s)11DDF.pdb2: Usingtemplate(s)11CDF.pdb11EXT.pdb11NCF.pdb21EXT.pdb2

10、1NCF.pdb21TNR.pdbCreatingBatchfilesforProMod(ifany):ExitingAlignMasterProModIItracelogforBatch.1SPDBV:LoadingTemplateSPDBV:LoadingRawSequenceSPDBV:GeneratingStructuralAlignmentSPDBV:AligningRawSequenceSPDBV:RefiningRawSequenceAlignmentSPDBV:AveragingSidechainsSPDBV:AddingMissingSidechainsSPDBV:Dumpi

11、ngSequenceAlignmentSPDBV:DumpingPreliminaryModelSPDBV:Done.ProModIItracelogforBatch.24SPDBV:LoadingTemplateSPDBV:LoadingTemplateSPDBV:LoadingTemplateSPDBV:LoadingTemplateSPDBV:21NCF:someaminoacidssidechainatomsaremissing-reconstructingconcernedsidechains.SPDBV:LoadingTemplateSPDBV:21TNR:someaminoaci

12、dssidechainatomsaremissing-reconstructingconcernedsidechains.SPDBV:LoadingRawSequenceSPDBV:IterativeTemplateFittingSPDBV:IterativeTemplateFittingSPDBV:IterativeTemplateFittingSPDBV:IterativeTemplateFittingSPDBV:GeneratingStructuralAlignmentSPDBV:AligningRawSequenceSPDBV:RefiningRawSequenceAlignmentS

13、PDBV:WeightingBackbonesSPDBV:AveragingSidechainsSPDBV:AddingMissingSidechainsSPDBV:TryingLigatingfromresidue137to139SPDBV:TryingLigatingfromresidue137to140SPDBV:NumberofLigationsfound:(2)SPDBV:TryingLigatingfromresidue153to155SPDBV:TryingLigatingfromresidue153to156SPDBV:NumberofLigationsfound:(1)SPD

14、BV:TryingLigatingfromresidue159to161SPDBV:TryingLigatingfromresidue158to161SPDBV:NumberofLigationsfound:(1)SPDBV:BuildingCSPloopfromresidue88to90SPDBV:BuildingCSPloopfromresidue87to90SPDBV:BuildingCSPloopfromresidue87to91SPDBV:DumpingSequenceAlignmentSPDBV:DumpingPreliminaryModelSPDBV:Done.Gromos96t

15、racelogforBatch.1NowrunningPROCS1onfilebatch-procs0.dat.Done.NowrunningPROCS2onfilebatch-procs1.dat.Done.NowrunningPROGMTonfilebatch-procs2.dat.Done.NowrunningPROGCHonfilebatch-procs2.dat.Done.NowrunningPROMDonfilebatch-progch.dat.Done.NowrunningPROMDonfilebatch-promd0.dat.Done.DetectionofSS-Bondswi

16、thinbatch.Gromos96tracelogforBatch.2NowrunningPROCS1onfilebatch-procs0.dat.Done.NowrunningPROCS2onfilebatch-procs1.dat.Done.NowrunningPROGMTonfilebatch-procs2.dat.Done.NowrunningPROGCHonfilebatch-procs2.dat.Done.NowrunningPROMDonfilebatch-progch.dat.Done.NowrunningPROMDonfilebatch-promd0.dat.Done.De

17、tectionofSS-Bondswithinbatch.SS-Bondsdetection:#1:91105SS-Bondsdetection:#2:6681SS-Bondsdetection:#3:6989SS-Bondsdetection:#4:2544SS-Bondsdetection:#5:4763SampleCo-ordinatefileRecordtypeAnnotationHEADERHeaderline.TITLEUser-suppliedtitleorSWISS-PROTentryDEline.EXPDTAAlwaysTHEORETICALMODEL.JRNLPleases

18、itethesereferencesincaseofpublicationREMARK3Briefdescriptionofmodellingmethodandminimisationparameters.REMARK5Descriptionofthetemplatesusedtobuildthemodel.REMARK999DescriptionofmodelsequencewithrespecttocorrespondingSWISS-PROTentry.SEQALISequencealignmentgeneratedbyProModII.HEADERSWISS-MODEL(Automat

19、edProteinModellingServer)ACCODEP25445_C00002DATE19-FEB-1998TITLEFASLRECEPTORPRECURSOR(APOPTOSIS-MEDIATINGSURFACEANTIGENFAS)TITLE2(APO-1ANTIGEN)(CD95ANTIGEN)COMPNDMOL_ID:1;COMPND2MOLECULE:FASLRECEPTORPRECURSOR(APOPTOSIS-MEDIATINGSURFACEANTIGENFAS);COMPND3GENENAME:APT1ORFAS;SOURCEMOL_ID:1;SOURCE2ORGAN

20、ISM_SCIENTIFIC:HOMOSAPIENS;SOURCE3ORGANISM_COMMON:HUMAN;KEYWDSAPOPTOSIS;RECEPTOR;GLYCOPROTEIN;TRANSMEMBRANE;REPEAT;SIGNAL.EXPDTATHEORETICALMODELAUTHORProMod(SEEREFERENCEINJRNLRecords)JRNL1AUTHM.C.PEITSCHJRNL1TITLPROTEINMODELINGBYEMAILJRNL1REFBIO/TECHNOLOGYV.136581995JRNL1REFNISSN0733-222XJRNL2AUTHM.

21、C.PEITSCHJRNL2TITLPROMODANDSWISS-MODEL:INTERNET-BASEDTOOLSFORJRNL2TITL2AUTOMATEDCOMPARATIVEPROTEINMODELLING.JRNL2REFBIOCHEM.SOC.TRANS.V.242741996JRNL3AUTHM.C.PEITSCH,N.GUEXJRNL3TITLLARGE-SCALECOMPARATIVEPROTEINMODELLING.JRNL3REFPROTEOMERESEARCH:NEWFRONTIERSINFUNCTIONALJRNL3REF2GENOMICS.1771997JRNL4A

22、UTHM.C.PEITSCH,N.GUEXJRNL4TITLSWISS-MODELANDTHESWISS-PDBVIEWER:ANJRNL4TITL2ENVIRONMENTFORCOMPARATIVEPROTEINMODELLINGJRNL4REFELECTROPHORESISV.1827141997REMARK1REMARK2REMARK2RESOLUTION.NOTAPPLICABLE.SEEREMARK4.REMARK3REMARK3REFINEMENT.NONE.REMARK3REMARK3MODELLINGMETHOD.REMARK3PROGRAM:PROMOD2.0REMARK3A

23、UTHORS:N.GUEX,M.C.PEITSCHREMARK3REMARK3ENERGYMINIMSATION.REMARK3PROGRAM:GROMOS96REMARK3AUTHORS:VANGUNSTERENREMARK3PARAMETER:IFP43B1REMARK3TOPOLOGYFILE:MTB43B1REMARK3METHOD1:STEEPESTDESCENTCYCLES1:200CONSTRAINTS1:25/C-FACTORSMETHOD2:CONJUGATEGRADIENTCYCLES2:300CONSTRAINTS2:2500/C-FACTORSREMARK4THECOO

24、RDINATESINTHISENTRYREPRESENTAMODELSTRUCTURE.REMARK4PROTEINDATABANKCONVENTIONSREQUIRETHAT*CRYST1*ANDREMARK4*SCALE*RECORDSBEINCLUDED,BUTTHEVALUESONTHESEREMARK4RECORDSAREMEANINGLESS.REMARK5REMARK5THISMODELISBASEDUPONTHECOORDINATESOF:REMARKREMARKREMARKREMARKREMARKREMARKREMARK3333334REMARK5REMARK5PDBENTR

25、Y1CDF.pdbREMARK5RECEPTOR26-MAR-96REMARK5THREE-DIMENSIONALTHEORETICALODEOFTHELIGANDBINDINGREMARK5DOMAINOFTHEHUMANBCELLRECPTORCD40REMARK5REMARK5PDBENTRY1EXT.pdbCHAINAREMARK5SIGNALLINGPROTEIN03-JUL-96REMARK5EXTRACELLULARDOMAINOFTHE55KDATUMORNECROSISFACTORREMARK5RECEPTOR.CRYSTALLIZEDATPH3.7INP212121.REM

26、ARK5REMARK5PDBENTRY1EXT.pdbCHAINBREMARK5SIGNALLINGPROTEIN03-JUL-96REMARK5EXTRACELLULARDOMAINOFTHE55KDATUMORNECROSISFACTORREMARK5RECEPTOR.CRYSTALLIZEDATPH3.7INP212121.REMARK5REMARK5PDBENTRY1NCF.pdbCHAINBREMARK5SIGNALLINGPROTEIN12-OCT-94REMARK5REMARK5PDBENTRY1TNR.pdbCHAINRREMARK5COMPLEX(LYMPHOKINE/REC

27、EPTOR)09-MAY-94REMARK5REMARK999REMARK999SEQUENCEREMARK999P25445_C00002SWSP254451-38NOTINATOMSLISTREMARK999P25445_C00002SWSP25445200-335NOTINATOMSLISTDBREFP25445_C000021161SWSP25445FASA_HUMAN39199SEQALISEQALIP254451MLGIWTLLPLVLTSVARLSSKSVNAQVTDINSKGLELRKTVTTVETQNLESEQALI11CDF1TACREKQYLISEQALI11EXT1SV

28、CPQGKYIHSEQALI21EXT1SVCPQGKYIHSEQALI21NCF1VCPQGKYIHMDSEQALI21TNR1CPQGKYIHSEQALISEQALIP25445sssssSEQALI11CDFsssssSEQALI11EXTsssssSEQALI21EXTsssssSEQALI21NCFsssssSEQALI21TNRsssSEQALISEQALISEQALIP2544551GLHHDGQFCHKPCPPGERKARDCTVNGDEPDCVPCQEGKEYTDKAHFSSKSEQALI11CDFFLDTWNRETHSEQALI11EXTFTASENHLRHSEQALI21

29、EXTFTASENHLRHSEQALI21NCFFTASENHLRHSEQALI21TNRFTASENHLRH11111310-NS-Q-CCSLCQPGQKLVSDCTEF-TETECLPCGES-EPQNNS-I-CCTKCHKGTYLYNDCPGPGQDTDCRECESG-SPQ-NNSI-CCTKCHKGTYLYNDCPGPGQDTDCRECESG-S-PQNNSICCTKCHKGTYLYNDCPGPGQDTDCRECESG-SP-QNN-SICCTKCHKGTYLYNDCPGPGQDTDCRECESG-SSEQALI*.SEQALIP25445sssssSEQALI11CDFssss

30、sSEQALI11EXTsSEQALI21EXTsSEQALI21NCFssssssSEQALI21TNRsss9ssssssssssssssssssss*sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssSEQALISEQALISEQALIP25445101CRRCRLCDEGHGLEVEINCTRTQNTKCRCKPNFFCNST-VCEHCDPCTKSEQALI11CDF54CHQHKYCDPNLGLRVQQKGTSETDTICTCEEGWHCTSE-ACESCVLHRSSEQALI11EXT58CLSCSKCRKEMGQVEISS

31、CTVDRDTVCGCRKNQYRHYWSENLFQCFNCSLSEQALI21EXT60CLSCSKCRKEMGQVEISSCTVDRDTVCGCRKNQYRHYWSENLFQCFNCSLSEQALI21NCF57CLSCSKCRKEMGQVEISSCTVDRDTVCGCRKNQYRHYWSENLFQCFNCSLSEQALI21TNR56CLSCSKCRKEMGQVEISSCTVDRDTVCGCRKNQYRHYWSENLFQCFNCSLsssssssSEQALISEQALISEQALIP25445149CEHGI-IKECTLT-SNTKCKEEGSRSNLGWLCLLLLPIPLIVWVK

32、RKEVQSEQALI11CDF102CSPGFGVKQIATGVSDTICESEQALI11EXT108CLNGTVHLSCQEKQNTVCTCHAGFFLRENECVSCSNCKKSLECTKLCLPQSEQALI21EXT110CLNGTVHLSCQEKQNTVCTCHAGFFLRENECVSCSNCKKSLECTKLCLP-SEQALI21NCF107CLN-GTVHLSCQEKQNTVCTCHAGFFLRENECVSCSN-SEQALI21TNR106CLNGTVHLSCQEKQNTVCTCHAGFFLRENECVSC-SEQALI*SEQALIP25445sssssssssssss

33、ssSEQALI11CDFssssssSEQALI11EXTsssssssssssssssssssshhhhhhSEQALIP25445ssssssssssssssssSEQALI11CDFssssssssssssSEQALI11EXTsssssssssssssssssssssssSEQALI21EXTsssssssssssssssssssssssSEQALI21NCFsssssssssssssssssssssssSEQALI21TNRssssssssssssssss*SEQALI*hhhhhsssssSEQALISEQALISEQALIP25445197KTCRKHRKENQGSHESPTL

34、NPETVAINLSDVDLSKYITTIAGVMTLSQVKSEQALI11CDFSEQALI11EXT158IENSEQALI21EXTSEQALI21NCFSEQALI21TNRSEQALISEQALIP25445SEQALI11CDFSEQALI11EXTSEQALI21EXTSEQALI21NCFSEQALI21TNRSEQALISEQALISEQALIP25445247GFVRKNGVNEAKIDEIKNDNVQDTAEQKVQLLRNWHQLHGKKEAYDTLIKSEQALI11CDFSEQALI11EXTSEQALI21EXTSEQALI21NCFSEQALI21TNRSEQALISEQALIP25445SEQALI11CDFSEQALI11EXTSEQALI21EXTssssssssssssssssssssSEQALI21NCFssssssssssssssssssssSEQALI21TNRsssssssssssssss21EXT21NCF21T