Swisspdbviewer使用说明.doc

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1、DeepView （曾经叫做 Swiss-PdbViewer）,也叫 DV 或 SPV，是一种 界面友好， 基于计算机应用，功能强大的三维图形软件工具。它是 由瑞士日内瓦分子生物服 务器的ExPASy设计的，生物学家可以通 过英特网从该服务器免费获得。一. Overview Swiss-Pdb Viewer 又叫 Deep View.它的功能如下：a.显示和分析生物大分子（protein ）的结构与图解；b给予一段氨基酸序列，从头建立蛋白质结构模型c.找出并显示蛋白质中、蛋白质间、基团间的氢键 d通过检晶仪检测电子密度图，判断电子密度 图谱和模型的质量，从而可以确定蛋白质模型中许多普通类型的缺

2、陷；e.同时显示分析多个蛋白质的 3D结构和序列；f计算氨基酸 残基的静电力和分子表面携带的最小自由能。g对序列已知结构未知的蛋白质，Deep View会将氨基酸序列递交给 ExPASY ,通过找 到同源序列进行比对，将比对结果通过ExPASY递交给SwissModel，做出同源模型。二. Getting Started载入一个蛋白质分子的方法有以下几种a.可以直接在菜单fileopen PDB file b也可以在打开 PdbViewer之后 再直接把pdb文件拖进去即可c另外也可以通过快捷键 ctrl+o打 开pdb文件d.在菜单file最下面的最近使用的 pdb文件中直接 打开e.在菜单

3、file中点击Import,出现对话框，在Name栏中键入 PDB ID，女口 “ 1HEW”，点击 “Grab from SERVER 下面的 “PDB File ”，模型就会以 棍状形式出现。从这里我们可以看出，载入一 个蛋白分子，不仅 可以使用 PDB ID,还可以使用 ExPDB ID,SwissModel中的编号，Uppsala EDS 中的电子密度图编号，pubchem CID , Uniprot 和 GenBank 中的序列号等。保存 PDB 文件a.可以通过file f SaveCurrent Layer(Ctrl+S)保存在显示 窗口活动的蛋白 分子的PDB文件。b. Pro

4、ject(shift+ctrl+S)保存所 有同时打开显示的蛋白质分子。c. Save selected residues of CurrentLayer保存被选择的氨基酸残基。d.还可以保存蛋白序列的fasta格式和当前蛋白质的图像。 e.保存不同蛋白间的序列比对结果。f.同时可以修改默认的参数以更好的显示分子图像。三. Windows and Help在 windows下有如下各种功能：control panel, layers infos, alignment,下面以斑头雁与人的血红蛋白的序 列为例，来介绍 windows这些选项卡的功能。(一)Control Panel当前显示的分子C

5、ontrol Panel header第一行是控制当前活动分子 的 可见性和可移动性，以及针对Control Panel寻求帮助。第二行 的功能从左至右依次是：显示氨基酸残基(show),显示侧链(side), 标注残基(lable)，显示分子表面()，以条带形式显示螺旋和折叠 (ribbons),并且可以有选择的对各种氨基酸残基进行颜色修饰(color)。每一项上面的 标志，当点击 Group这一项主要列出 的 有：蛋白质的主链：A.B 二级结构：h(helix) S(strand)氨基酸名称： 如GLU, VAL等 氨基酸的编号“ +时，就会针对选中的氨基 酸显示相应的侧链、标签、电子云等

6、点击“”时，这些相应的 侧链、标签、电子云消失。这两个黑色的箭头可以显示隐藏的菜单：一一选择表面的类型：VDW(范德华力表面)、accesible(可及性表面）、 molecular（分子表面）、user。 着色对象的类 型：Backbone+side骨架和侧链）、Backbone骨架）、sidechain侧 链）、ribbon（条带）、lable（标签）molecular surface（分子表面）、（二）Layers Infos layers infos可以同时显示多个蛋白质的信息，可以通过对layers infos的操作控制 各个蛋白质的显示情况，根据使 用者的需要清楚的观察各个蛋白质

7、点击问号标志，可以针对Layers Info寻求帮助。列出所有载入 的分子，当前 活动分子用红 色表示。以NCBI分类法 为依据，给出蛋 白所属生物的分 类学 地位。对每个分子，选中或不选可以 控制是否执行如下表所示的各 种功能，按住shift可同时控制 所有载入的分子。显示在每个分子中当 前选中的基团数。Layers Info sel grp vis mov axis CA O HHbnd Hdst cyc分子被选中。 便于序列的选择，点击下面的数字时， 会选中所有属于这一基团的序列。控制蛋白的可见性。 控制这个蛋白质是否可以移动。 给该图形加一个坐标轴，该坐标轴有三个方向： X,Y,Z。

8、用来控制是否只显示蛋白质的a碳原子。用来控制是否显示骨架的氧原子。用来控制是否显示氢原子。用来控制是否显示氢 键。 显示氢键间的距离。控制不同layer之间的轮换显示，按Ctrl+Tab可完成这一操作，但只有在所选layer的cyc选中的情况 下进行。+” 表示这一 layer总是可见，-”表示这一 layer总 是隐藏。控制给出的序列是否会出现在比对窗口。允许去选择模板来构建初级模型或提交给SwissModel进行同源模建。标记 “ * ”的layer会被作为参考layer,这一 layer会被作为同源模建时的主要 模板，他的骨 架会被应用，而其他模板的作用只是增加构建侧链的 准确性。Aln

9、W mdl注：Ctrl+点击layer的名字就可以对所点击的 layer重新命名。1 （三）Alignment Alignment可以进行序列的比对， 将斑头雁的血红蛋白（1a4f）与灰雁的血红蛋 白（1faw）文件打开， 应用Alignment进行序列比对。点击左侧的小图标可以以文本形式 显示比对的结果。|四.Manipulating the Model 共有13个控制按钮，从左至右依次 为：是将显示的蛋白质结构模型在窗口中居中。点击该图标后，可以保持蛋白质结构模型不旋转的情况下在显示窗口中移动模型。点击该图标后，可以放大或者是缩小结构模型。点击该图标后，可以旋转该蛋白质结构模型，可以通过不

10、同的角度清楚的观察蛋白质结构。是用来测量两个原子间的距离。用来测量三个相邻原子的角度。用来测量相邻四个原子的二面角。点击以后可以在所显示的蛋白质上查看某个氨基酸残基是什么，并且标出该氨基酸残基在蛋白质多 肽中的位置。|是以某个氨基酸残基为中心，显示在一定范围内的 所有原子。以虎纹捕鸟 蛛毒素（1QK6）为例，显示在cys16周围 4.000范围之内的所有氨基酸残基。 显示以某个所选定的氨基酸残基 为中心的蛋白质多肽的结构图。是将一个分子叠加到另一个分子上（仅仅当有两个或更多的分子被载入时 可以利用），在这种情况下， 可以点击三个相应的分子中的原子来进行叠加。 可以应用这个工具 进行对某一点的定

11、点突变。 用来对所选的氨基酸残基的某一链进行旋转扭曲。关于mutate和torsion会在后面具体介绍 五.Selecting and Displaying 选择 Display-show H-bonds 或者 先选择 Tool-Compute H-Bonds再选择 Layers Info 中的 Hbnd ,H键就会以绿色的形式表现出来。如下图：（1a4f）如果想进一步查看 H 键的长度，可以选择 Displayshow H-bonds distances或者直接点击Layers Info中的Hdst，氢键的长度就会被标出。|蛋白质常见的20种氨基酸，如果想查看在蛋白质中想要的氨基酸，比如半胱

12、氨 酸（Cys），可以选择 SelectGroup kindCys（c）.以1t1k.pdb为例，得到了 3个Cys黄色表示硫原子）1t1k.pdb Group kind中还有ATCGU （这是针对核苷酸序列的）按照同样的方法， 也能得 到想要的部分。 SelectInverse selection是反向选择：当前选中的部分变为未选中的部分；同时原来未选中的部分变为选中的部分。 SelectGroup Property 中有 4 个选项： Basic ;Acidic ;Polar ;non Polar它们分别 是选择碱性、酸性、极性、 非极性氨基酸）。以1hew为例，共含203个氨基酸，见下图

13、碱 性氨基酸有18个）（酸性氨基酸有9个）（极性氨基酸有37个）（非 极性氨基酸有65个）六.Coloring Swiss-PdbViewer提供了多种对模型染色的方式。在分子模拟中，不同的颜色可以用生动、直观的形式来展示分子结构和化学结构的不同特点，帮助理解分子的 复杂结构。以1t1k.pdb为 例 注： 1t1k,human insulin mutant His-B10-Asp Val-B12-Ala Pro-B28-Lys Lys-B29-Pro, 含 53个氨基酸，有两条链。（一）.Color-Secondary Structure 将螺旋部分（helix）标记为红色，折叠部分（s

14、trands标记为黄色，无规卷曲（coil）标记为灰色，如下 图： 1t1k.pdb （二）.Color- Secondary Structure Succession Secondary Structure Succession能将整个序列的每个二级结构用不 同的颜色显 示出来，第一个二级结构用紫色，最后一个用红色，中 间的二级结构用在可见光 谱（400nm-700nm）的各种不同的颜色显 示出来。这样可以更清楚的看到从氨基端到羧基端二级结构间的顺序。如下图：1t1k.pdb （三）.Color-by Chain用于区分含有多条 链的结构，不同的链 用不同的颜色表示出来（1t1k .pdb中

15、一条 alpha链和一条 beta链）黄色的表示 alpha链，蓝色的表示 beta 链。如下图：1t1k.pdb | （四）.Color-by Type对结构模型染色的 依据是残基的化学类型：带正电的用蓝色表示；带负电用红色 表示； 不带电的用黄色表示；无极性的用灰色表示。如下图：1t1k .pdb（五）.Color-by Accessibility在结构中每个氨基酸残基与周围溶剂接 触程度的多少决定了残基的颜色。与溶剂 接触最少的是蓝色，完全露在分子表面的是红色，接触介于2者之间的，用蓝色 和红色中间 的颜色表示，如蓝绿色和洋红色。如下图：1t1k.pdb | （六）Color-by CP

16、K将所有残基集团的颜色恢复到标准状态：原子用白色表示；原子用红色表示；C O N原子用蓝色表示；S原子用黄色表示。如下图：1t1k .pdb （七）.Color- B Factor模型中的颜色取决于 B因子（或称之为温度因子）。对于一个原子来说，B因子 指的是该原子在一般（平均化了的）模型的位置与在其他模型的位置间的 平均距 离，可反映分子各部分的摇摆性或活动性。因此，可以利用B 因子来判断其他模型与一般模型的一致性。若在所有测得的 模型 中该原子的位置变化不大是固定的， 则以深蓝色显示； 若在所有测得 的模型 中该原子的位置是不确定的或者说摇摆性很大，则以红色表 示。如下图：1a4f- a

17、1t1k七. Measuring and Labeling在分子结构中，将分子结构放置到合适 的位置，可以测量 2 点之间的距离、 相邻 3 个原子的角度以及相邻4 个原子的二面角。 同时可以在图上标注出来。 点击图标 ，选取任 意两点， 即可测得这两点间的距离。 点击图标 ，如想测得三个相邻 原子的夹角， 先点击角的顶点， 再点击余 下两点， 即可测得夹角值。 以 1t1k.pdb 为例来说明二面角的测量， 选取 beta 链中的 12Ala， Ctrl+ 依次选取相邻的 4 个原子，测得二面角为 156.40 。如下图所 示： ， 为了验证测得的二面角是否正确，可将模型旋转，当转到某 一角

18、度时 2， 3 点重 合，这时形成的角即为二面角或其补角，如下 图所示： 黄线标注的即为二面角补角。如果发现测量的数据不是你 想 要 的 ， 可 以 清 除 ,重 新 测 量： 选 择 ： DisplayLabelkindClear User Labels （快捷键 “ Alt ” -+。“ ）八. Mutating and Changing Side-Chain Conformations 在这一部分 里，我们以 1HEW 为例，将 98ILE 突变为 98GLN ，然后再研究 是否 这个新的残基会与 tri-NAG 形成多的氢键。 注： 1HEW（ 鸡 蛋白溶菌酶 HEN EGG WHIT

19、E LYSOZYME） ， 内含有 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如下图所示：98ILE也在显示范围内，并且 它的侧链朝向tri-NAG的方向，所以可以作为蛋白质工程改造的备选因子。选择mutate,点击98ILE上的任一原子

20、如下图所示：选择突变为GLN，是因为GLN具有长的侧链，有接受或贡献H-bond的能力。 如图所示，当突变为GLN后，98GLN的氮原子上的氢与201NAG上第三位氧原子形成氢键。检测侧链可能形成的不同构 象。可以通过键盘上的*控制，也可以点击 mutate按钮下的箭头。 每次点击，Deep View都会显示一个不同的构象，粉色虚线表示可能 与其他原子 产生碰撞，绿色虚线表示会形成潜在的H-bond。从图中可以看出，98GLN的氮原子与色氨酸 Trp会产生碰撞，要找到 一种构象既可与tri-NAG形成H-bond,也不会与其他残基发生碰 撞。注意这时 mutate按钮仍然是黑色，Click

21、the button again and click Accept to keep the new GLN residue in the conformation you selected.改变构象看新的侧链是否会与其它的原子相连，选择 TORSION点击98GLN的任一原子。 每次点击黑色箭头，都会 自动生成新的构象。也可通过控制键盘的数字键来进行手动调节。如下图所示：98GLN只与 201NAG 形成氢键 98GLN 可与 201NAG,202NAG形成氢键 | 98GLN 可与201NAG形成2个氢 键 注意这时 TORSION 按钮也为黑色， 注意：在使用 MUTATE 时，Deep

22、View只显示实际构象，但使用 TORSION 时， 不会检 查改造过的侧链构象是否真实，会产生化学上不可能的构象。实际 应用上要对模型进行能量最小化，得到最稳定构象，来消除不合理的构象。 Deep View 通过对 AMBER, CHARMm, GROMOS 程序 递交能量最小化请求，进 行模型能量最小化。具体操作如下：Select: Visible Groups Tools: Energy Minimization.能量最小化后的构象 将能量最小化前、后的模型进行magic fit,可看出构象的差异。九.Using a Ramachandran Plot Ramachandran Plot

23、 a碳与酰胺平面交角图，拉氏构象图），通过它可以了解相关 残基的phi和psi角 的信息。通过拉氏图可获得的信息：（1）允许构象和不允许构 象。（2） 蛋白质主链的优势构象。 理论上phi,psi这两个角度可以自由旋转， 可实际上在某些特定的角度可能有空间上的障碍，RamachandranPlot主要目的是显示哪些角度的组合是空间上所允许的。这些在空间上允许出现的区域以蓝色与黄色等高线表示。若将已知的蛋白质结构中a-螺旋的角度绘在图上，大部分的点都出现在第三象限的黄 色区域中； 而&链的数据集中在第二象限的黄色区域中。beta-strand 一方面显示这些结构都落在没有空间障碍的区域，另一方

24、面也显示这些结构是重 复的，一连串的氨基酸都有相似的结构， 在这两种特别的二级结构中，任何R基都不会碰撞在一起。拉氏图中黄线封闭的区域是允许区，这个区域内的任何成对二面角（ , 9）所规定 的构象都是立体化学所允许的。因为在构象中，非共价键合 原子间的距离 瀑小 接触距离，两者无斥力，构象能量最低，所以构 象是稳定的。例如平行和反平行B折叠片，胶原蛋白三股螺旋和右手a螺旋都位于允许区内。黄线外蓝线内的其他区域为不完全允许区（临界限制区）。这个区域内的任何二面角（0,所规定的 主链构象 虽是立体化学可允许的，但不够稳定，因为在此构象中非共价键合原 子之间的距离小于允许距离，但仍大于极限距离。蓝线

25、外的区域是 不允许区。该区 域内的任何二面角（0,所规定的主链构象都是立体 化学所不允许的，因为在此构象中非共价键合原子间的距离小于极 限距离，斥力很大，构象能量很高，因此 这种构象极不稳定，不能 存在，例如0 =180 =的构象和0 =0 =18啲构象。 以1t1k为 例，这个胰岛素突变体中有 3 个 helices， 2 个 strands 。打开 1t1kselectall 然后 windowsshow ramachandran plot, 再在color 中选择 color by secondary structure successior如0下图所示： 从图中可见，a-螺旋主要出现在

26、第三象限，伕折叠主要出现在第二象 限。点击 ramachandran plot 使之激活，将鼠标移到图的一个点上， 残基的名字和位置 就会显示在左上角。中间的黄色区域内显示的点 是helices左上侧的区域内显示的是 beta构型的strand 当移动 区域中的点时，蛋白结构中相应残基连接的结构也会发生移动。 水平 拖动点时，改变的是 phi角（n-1）C-N-CA-C（n） ） or CA-N,垂直拖 动点时，改变的是 psi角（N-CA-C（n）-N（n+1） ） or CA-C。 水平拖 动 Cys7附录（一）分子表面的类型 （ 图片来源于Swiss-PdbViewerManualv3.7）附录（二） SPDB-V4.0 新增项目原文 This is version 4.0 http:/spdbv.vital-it.ch/ NEWS FOR VERSION 4.