蛋白质的可视化，预测模拟和分子互作（一）
先来一张图，总结一下
蛋白质序列的可视化和预测模拟.png
蛋白质的结构描述
基因序列->氨基酸->组合表达成结构->氨基酸脱水缩合形成肽链，肽链折叠形成三级结构以后才能发挥作用。
蛋白质结构预测的原理
通过一堆原子的三维坐标组成。对一级结构的序列信息进行blast分析，得到详细的序列profile，其次是骨架原子的相互关系，rosetta平台通过建模将骨架原子的相对位置关系缩减为三个二面角。最后侧链R，也是通过二面角。蛋白质结构预测的实质是对坐标的预测，但是复杂度太高，目前使用二面角这种映射方式。
一级结构：氨基酸序列
核苷酸序列翻译为氨基酸序列
二级结构：周期性的结构构象（α螺旋，β折叠，无规卷曲）
α螺旋：最常见
β折叠：平行排列，一级结构可能相距很远，但是二级结构很接近
无规卷曲：无规律松散结构。
β转角：肽链发生急转弯（大于90°）
DSSP
将已经测定三级结构的蛋白质的各个位置指认出是哪种二级结构，然后再将氨基酸处于哪个结构单元指认出来。通过上传一个PDB文件（描述蛋白质三级结构的文件，可以从PDB数据库中get），获得该结构对应DSSP文件。输入值一定要是三级结构，不是一级的氨基酸序列。PDB数据库也可以直接下载dssp文件。（dssp不够直观）
从PDB网站获取二级结构信息：
clipboard.png
clipboard1.png
PDB数据里存储的所有蛋白质的一级结构和二级结构序列都以Fasta格式存储在一个叫做ss.txt的文本文件里。（
https://cdn.rcsb.org/etl/kabschSander/ss.txt.gz
https://cdn.rcsb.org/etl/kabschSander/ss_dis.txt.gz
）
1.51.215.28/~gongj/biotools（排外！跟山大同学PY了一波才进去。）
蛋白质二级结构的预测
PSIPRED：http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/
Jpred3:http://www.compbio.dundee.ac.uk/jpred/
PREDICTPROTEIN:http://www.predictprotein.org/
SSpro:http://scratch.proteomics.ics.uci.edu/
PSSpred:http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/PSSpred/
PREDATOR:http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py?#forms::predator
GOR V:http://gor.bb.iastate.edu/
clipboard.png
clipboard1.png
clipboard2.png
蛋白质预测在线分析常用软件集锦：http://muchong.com/html/200905/1338175.html
三级结构
三级结构是指整条多肽链的三维空间结构，即，包括骨架和侧链在内的所有原子的空间排列。第一个蛋白质的三维空间结构式由X射线衍射法测定的，现在还有核磁共振法。（有大小限制，200多个氨基酸的蛋白质）
三级结构可视化
VMD：
C原子是青色的，N原子是蓝色,O原子是红色的，H原子是白色的，还有少量黄色S原子。
左键3D旋转，右键平面旋转，中键放大缩小。
Mouse选项卡
clipboard4.png
Graphics下的Representations选项卡：
Style——以什么样式显示
Color——颜色
Selection——显示哪些原子
Multiply representation
clipboard5.png
调整完以后保存状态——Save Visulization State
Display and lable
Graphics-->colors
Pymol
根据某视频，用盗版发表文章，会被追责
但是，我在Pymol官网找到了这样一段描述：
“Open-Source Philosophy
PyMOL is a commercial product, but we make most of its source code freely available under a permissive license. The open source project is maintained by Schrödinger and ultimately funded by everyone who purchases a PyMOL license.
Open source enables open science.
This was the vision of the original PyMOL author Warren L. DeLano.”
从此描述来看，Pymol是一个开源项目，这是其创始者Warren Lyford DeLano老先生一直坚持的。
你大可以放心的免费使用源码编译后的Pymol用于学术研究。
具体有待研究。
蛋白质三级结构的预测
1.同源建模法：相似的氨基酸序列对应着相似的蛋白质结构
步骤：
①找到与目标序列同源的已知结构作为模板（目标序列与模板序列间的一致度要》=30%）
②为目标序列与模板序列（可以多条）创建序列比对，通过比对软件自动创建的序列比对还需要进一步人工校正。
③根据第二步创建的序列比对，用同源建模软件预测结构模型
④评估模型质量并根据评估结果重复以上过程，直至模型质量合格
SWISS-MODEL是一款全自动在线软件：https://www.swissmodel.expasy.org/
如果目标序列与模板序列一致度极高，那么同源建模法师最准确的方法
2.穿线法(I-TASSER)：不相似的氨基酸序列也可以对应着相似的蛋白质结构
找能量最低的穿法，然后替换到模板结构里，因此计算量大的多，时间也多。
3.从头计算法（QUARK）：蛋白质的三维结构决定于自身的氨基酸序列，并且处于自由能状态。
4.综合法：混合算法
选择：
clipboard6.png
模型质量评估
Saves提供6个模型质量评估软件。（http://services.mbi.ucla.edu/SAVES）
三级结构的比对
可用于探索蛋白质进化及同源关系
改进序列比对的精度
改进蛋白质结构预测工具
为蛋白质结构分类提供依据
帮助了解蛋白质功能
工具：
SuperPose Version 1.0
SPDBV
蛋白质分子表面性质
表面形状（VMD:SURF representation）
表面电荷分布
表面残基可溶性（即残基与溶剂接触的程度，也就是哪些地方掩埋在内部，哪些地方露在表面，哪些地方介于掩埋和暴露之间的中间状态）
第一步、VMD创建PSF文件
第二步、APBS计算表面电荷分布
四级结构：多个亚基形成的复合体
四级结构是独立的三级结构单元聚集形成的复合物，其中每个独立的三级结构称为亚基，也称为单体。含两个亚基的蛋白质称为二聚体，三个亚基称为三聚体........
四级结构的获取
X射线衍射法
冷冻电子显微镜技术
蛋白质分子对接（docking）
尝试所有可能的结合形式，并根据打分函数给每种形式打分排名。
对接的过程中会考虑：
形状互补
亲疏水性
表面电荷分布
Rigid Docking 刚性对接
ZDOCK：http://zdock.umassmed.edu
GRAMM-X：http://vakser.bioinformatics.ku.edu/resources/gramm/grammx
PDBePISA：蛋白质相互作用分析软件
柔性对接，等下次更新
蛋白质和小分子的对接过程
Autodock
下载并安装图形界面mgltools，载入小分子
小分子预处理：
edit下的Hydrogens，add，给小分子加上氢原子
edit-charges-computer gasteiger，给小分子加电荷
指定为对接的小分子：点ligand->input->choose->ad_ligand_select molecule for ad4
ligand->torsion tree->detect root，自动确定中心
ligand->torsion tree->choose torsion，确定对接过程中哪些键可以旋转
保存加工结构，ligand->output->save as PDBQT
删掉小分子：edit->delete->delete molecule
蛋白质预处理：
加H
加电荷
指定为对接的蛋白质：grid->macromolecule->choose->ad_protein->select````,保存
grid->setmap types->directly
grid->grid box 小分子只在画好的盒子里进行尝试对接，设置好
file->close saving current
grid->output->save GPF
假设所有文件都保存在test文件夹下，打开cmd，进入test，输入
autogrid4 -p test.gpf -l test.glg
虚拟筛选
化合物小分子数据库ZINC：
http://zinc.docking.org
保存为mol2格式，可以用autodock做分子筛选。
反向对接
反向对接：将一个小分子与多个蛋白质进行对接
