出版時(shí)間:2010-4 出版社:化學(xué)工業(yè)出版社 作者:岳俊杰,馮華,梁龍 主編 頁數(shù):127 字?jǐn)?shù):188000
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前言
蛋白質(zhì)是一切生物借以表現(xiàn)生命的最重要的基本單元,是自然界存在的小型的自動(dòng)機(jī)器。任何一個(gè)生命體的繁衍、新陳代謝、運(yùn)動(dòng)等,都需要數(shù)十億個(gè)蛋白質(zhì)分子的協(xié)調(diào)行動(dòng)才能得以順利進(jìn)行。隨著人類功能基因組研究的展開,科學(xué)家對(duì)于基因的研究焦點(diǎn),已由基因測(cè)序轉(zhuǎn)移到基因表達(dá)產(chǎn)物——蛋白質(zhì)上。為了執(zhí)行特定的生物功能,每一個(gè)蛋白質(zhì)分子都有一個(gè)獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)。研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),有助于了解蛋白質(zhì)的功能,了解蛋白質(zhì)的作用機(jī)制以及了解蛋白質(zhì)與其他分子之間的相互作用。對(duì)于全新或功能未知的蛋白質(zhì)分子,通過結(jié)構(gòu)分析,可以進(jìn)行功能詮釋,指導(dǎo)設(shè)計(jì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行功能研究。通過分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),確認(rèn)功能位點(diǎn),為設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)或改造蛋白質(zhì)提供可靠的依據(jù)。到目前為止,確定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法主要分為兩大類,其一是利用實(shí)驗(yàn)的方法來測(cè)定;其二則是利用計(jì)算機(jī)技術(shù),根據(jù)現(xiàn)有理論和已知的序列等信息進(jìn)行蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法分為三大類:(1)X射線晶體衍射圖譜法,(2)核磁共振方法,(3)電鏡方法?! 〗陙矸肿由飳W(xué)的快速發(fā)展使蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量得到快速增長(zhǎng)。而利用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)則由于耗時(shí)長(zhǎng)、成本高以及方法在技術(shù)上的困難,而使解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比已知的蛋白質(zhì)序列要少得多。另一方面,隨著DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,人類基因組及更多的模式生物基因組將被完全測(cè)序,DNA序列數(shù)量將會(huì)急增,由于DNA序列分析技術(shù)和基因識(shí)別方法的進(jìn)步,從DNA可以很方便地推導(dǎo)出大量的蛋白質(zhì)序列。這意味著已知序列的蛋白質(zhì)數(shù)量和已測(cè)定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量的差距將會(huì)越來越大。因此通過實(shí)驗(yàn)方法獲得蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)越來越無法滿足人們對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系研究的要求,迫切需要一種不依賴實(shí)驗(yàn)而又有一定準(zhǔn)確性的獲取蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)信息的手段,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)在后基因組時(shí)代就顯得格外重要?! ∧壳皣?guó)內(nèi)外關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的專著已有不少,但是大都偏重于理論方面。對(duì)于從事生命科學(xué)與生物技術(shù)研究的廣大科研工作者來說,需要的是實(shí)用性強(qiáng)、具有可操作性的技術(shù)類著作,而這方面的資料幾乎是空白。為了使在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科技人員及研究生能夠循序漸進(jìn)地掌握蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的方法,我們組織了一批在一線從事相關(guān)工作的年輕博士出版了這本小冊(cè)子。主要向廣大讀者詳細(xì)介紹蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模建、蛋白質(zhì)的分子對(duì)接、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的模擬、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子動(dòng)力學(xué)模擬等操作。每一種分析技術(shù)都選擇兩種軟件,一是在業(yè)界聲譽(yù)最好的商用軟件,二是應(yīng)用最普遍的免費(fèi)軟件。計(jì)算分析的對(duì)象都是各位編者個(gè)人在實(shí)踐工作中的具體的分析對(duì)象。期望通過閱讀本手冊(cè),可以使從事生命科學(xué)與生物技術(shù)研究的廣大科研工作者能夠掌握相關(guān)的技術(shù)要領(lǐng),學(xué)會(huì)掌握這些方法,為他們的科研工作服務(wù)。 本書的第一章由岳俊杰撰寫,第二章、第四章由岳俊杰、梁龍、李北平撰寫,第三章由岳俊杰、馮華、徐濤撰寫,第五章由馮華、劉明、田然、呂煒撰寫,第六章由馮華、劉明、徐濤、呂煒撰寫,第七章由馮華、田然、劉明、郝格非、劉健撰寫。 編寫過程得到了軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物工程研究所和創(chuàng)騰科技有限公司的大力協(xié)助,在此表示感謝。
內(nèi)容概要
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)是一種不依賴晶體培養(yǎng)、迅速、簡(jiǎn)便的獲得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法,對(duì)于分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)工程、藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域研究工作具有重要的意義。 本書涵蓋了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的主流手段與方法,包括同源建模、折疊模式識(shí)別、分子對(duì)接、蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模擬、分子結(jié)構(gòu)模擬等,以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的具體操作和經(jīng)典實(shí)例為素材,使得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)不僅僅停留在理論階段,讓讀者能夠輕松地掌握蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的應(yīng)用技術(shù)。 本書可供從事蛋白質(zhì)科學(xué)研究的研究生、高年級(jí)本科生及其他研究人員參考閱讀。
書籍目錄
第一章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)概述 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次 一、一級(jí)結(jié)構(gòu) 二、二級(jí)結(jié)構(gòu) 三、三級(jí)結(jié)構(gòu)(折疊模式) 四、四級(jí)結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法 一、X射線晶體學(xué) 二、核磁共振 三、結(jié)構(gòu)分析的其他方法 第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的意義 第二章 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 第一節(jié) 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)概述 第二節(jié) 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)實(shí)例 第三章 利用同源模建法預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 同源模建的基本原理及基礎(chǔ) 第二節(jié) 同源模建預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本步驟 一、參考蛋白搜索 二、確定結(jié)構(gòu)保守區(qū) 三、蛋白主鏈的模建 四、側(cè)鏈安裝 五、優(yōu)化處理 六、合理性檢測(cè) 第三節(jié) 利用SWISS-MODEL服務(wù)器進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)同源模建操作實(shí)例 一、登錄服務(wù)器,輸入目標(biāo)序列 二、模建結(jié)果與分析 第四節(jié) 利用Discovery Studio結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)進(jìn)行同源模建操作實(shí)例 一、識(shí)別模板,比對(duì)模板 二、將模板進(jìn)行比對(duì) 三、將目標(biāo)序列與模板比對(duì) 四、使用MODELER構(gòu)建目標(biāo)序列的D模型 五、模型評(píng)估 第四章 利用折疊模式識(shí)別法預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 折疊模式識(shí)別法的基本原理 第二節(jié) 折疊模式識(shí)別法預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的操作實(shí)例 一、程序的安裝 二、Threader程序的運(yùn)行 三、結(jié)果分析 四、過濾假陽性結(jié)果 第五章 蛋白質(zhì)分子對(duì)接技術(shù) 第一節(jié) 蛋白質(zhì)分子對(duì)接概述 第二節(jié) 利用LibDock進(jìn)行分子對(duì)接的基本操作方法及實(shí)例 一、準(zhǔn)備分子對(duì)接體系,執(zhí)行分子對(duì)接計(jì)算 二、分析對(duì)接結(jié)果 第三節(jié) 利用Flexible Docking進(jìn)行受體和配體柔性的分子對(duì)接實(shí)例 一、準(zhǔn)備對(duì)接的分子體系,完成分子對(duì)接計(jì)算 二、分析配體對(duì)接結(jié)果 第四節(jié) 利用AutoDock程序進(jìn)行分子對(duì)接的操作及研究實(shí)例 一、AutoDock的安裝 二、AutoDock的基本應(yīng)用 三、實(shí)例分析 第六章 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模擬 第一節(jié) 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)對(duì)接的意義 第二節(jié) 利用ZDOCK來研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的對(duì)接 一、設(shè)定一次ZDOCK計(jì)算 二、分析ZDOCK結(jié)果 三、利用RDOCK優(yōu)化對(duì)接構(gòu)型 四、使用RMSD分析結(jié)合界面的氨基酸 第三節(jié) 利用Hex研究大分子與大分子之間的相互作用 一、Hex的安裝 二、Hex的基本應(yīng)用 三、對(duì)接實(shí)例 第七章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子動(dòng)力學(xué)模擬 第一節(jié) 蛋白質(zhì)分子動(dòng)力學(xué)模擬概述 第二節(jié) Discovery Studio平臺(tái)中分子動(dòng)力學(xué)操作實(shí)例 一、準(zhǔn)備分子動(dòng)力學(xué)體系,執(zhí)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算 二、分析分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果 第三節(jié) 利用NAMD進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的操作及研究實(shí)例 一、NAMD簡(jiǎn)介 二、NAMD程序的安裝與使用 三、構(gòu)建模型 四、分子動(dòng)力學(xué)模擬 五、可視化與數(shù)據(jù)處理 第四節(jié) 利用GROMACS進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬操作 一、GROMACS介紹 二、GROMACS的下載及安裝 三、GROMACS的基本操作 本書主要參考文獻(xiàn) 附錄 部分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)相關(guān)的網(wǎng)上資源
章節(jié)摘錄
第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的意義 盡管解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)取得了非常重大的進(jìn)展,獲得了大量的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),但解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)依然是一個(gè)勞動(dòng)密集型和花費(fèi)昂貴的過程,而且目前各種實(shí)驗(yàn)方法都存在缺陷或限制。x射線單晶衍射最大的缺點(diǎn)是要測(cè)定的蛋白質(zhì)必須能夠形成晶體,而許多蛋白質(zhì)不能結(jié)晶,這就限制了測(cè)定的范圍。核磁共振方法雖然不需培養(yǎng)蛋白質(zhì)晶體,但需要蛋白質(zhì)能夠在較高濃度下可溶、穩(wěn)定、不聚集或變性,更重要的是,核磁共振技術(shù)對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)還無能為力。電鏡三維重構(gòu)需要培養(yǎng)二維晶體,而且目前測(cè)定的結(jié)構(gòu)的分辨率還不夠高,還沒有成為測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的常規(guī)方法?! 〉鞍踪|(zhì)空間結(jié)構(gòu)的測(cè)定速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上蛋白質(zhì)序列增長(zhǎng)的速度,并且隨著基因組測(cè)序的進(jìn)行,二者差距有越來越大的趨勢(shì)。截止2009年10月,已知序列的蛋白質(zhì)已超過100萬,而已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)僅有6萬多。因此蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)成了目前了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的一個(gè)非常有效的實(shí)際手段。隨著基因組和蛋白質(zhì)組計(jì)劃的研究進(jìn)展,大量的具有特殊功能的蛋白質(zhì)將被發(fā)現(xiàn),對(duì)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的要求也越來越迫切。 除了獲得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息之外,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)還有重大的理論意義。生命遺傳信息存儲(chǔ)傳遞及表達(dá)的認(rèn)識(shí)是20世紀(jì)生物學(xué)所取得的最重要的突破,其中的關(guān)鍵問題是由3個(gè)相連的核苷酸順序決定蛋白質(zhì)分子肽鏈中的1個(gè)氨基酸,即“三聯(lián)遺傳密碼”(“第一遺傳密碼”)的破譯。蛋白質(zhì)必須有特定的三維空間結(jié)構(gòu),才能表現(xiàn)其特定的生物學(xué)功能。20世紀(jì)60年代Anfinsen就提出蛋白質(zhì)分子的一級(jí)序列決定其空間結(jié)構(gòu)的論斷,這一論斷得到多次實(shí)驗(yàn)證實(shí)并被人們廣泛接收,大量實(shí)驗(yàn)充分說明蛋白質(zhì)的氨基酸順序與其空間結(jié)構(gòu)之間存在著確定的關(guān)系。國(guó)際上將蛋白質(zhì)的氨基酸序列與其空間結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱之為“第二遺傳密碼”。但是直到現(xiàn)在,“第二遺傳密碼”依然沒有得到破譯,這個(gè)問題是蛋白質(zhì)研究最后幾個(gè)尚未揭示的奧秘之一。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)實(shí)際上是去從理論上最直接地解決蛋白質(zhì)的折疊問題,即破譯“第二遺傳密碼”?! 〗陙黼S著結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展,解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)越來越多,這就為研究和總結(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的規(guī)律打下了很好的基礎(chǔ),也為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)提供了參考。另外計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的快速進(jìn)步也大大地促進(jìn)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的發(fā)展。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)問題雖然還沒有最終解決,但是已經(jīng)取得了一些令人欣喜的成就。目前,蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的方法有3種。
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蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)指南 PDF格式下載