如何选择蛋白晶体结构

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如何选择蛋白晶体结构

如何通过形状区别蛋白晶体和盐晶

如何查找基因涉及到的蛋白晶体结构，以及生成文件 (.pdb文件）。例如基因ZNF347。

为什么蛋白质结晶难?

一、如何选择蛋白晶体结构

在使用殷赋云计算平台的时候，有不少用户对于如何选择蛋白晶体结构存在疑问。本篇就这个话题做一些经验分享。任何标准都有一个适用范围。我们在这里只讨论用于分子对接的蛋白晶体结构的选择原则和方法。

1. 确定蛋白种属

在实验当中，研究人员通常使用动物模型（如小鼠）来研究人源蛋白。这样做有许多原因，比如：

1） 无法获得（提纯分离）人源蛋白；

2） 需要在体内考察蛋白的功能，但无法直接进行人体临床试验；

3） 使用动物蛋白更方便、更便宜；

4） 其他限制因素。

而计算模拟则便利很多。如果我们真正的研究对象是人体，则一般情况下应当使用人源蛋白。但是，如果需要根据对接计算的结果去指导实验或解释实验现象，或者开展后续实验（如定点突变）对计算结果进行验证，那么，原则上应当让计算用的蛋白种属与实验一致，否则氨基酸序列可能对应不上。

比如，在UniprotKB数据库（https:///pgc-image/eff5b4d3165142248e0d0bf774b5ba14~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1667624403&x-signature=4uM4Ti10fC%2FOCC8GbLnHeqPbVyQ%3D" img_width="720" img_height="270" image_type="1" mime_type="image/jpg" web_uri="pgc-image/eff5b4d3165142248e0d0bf774b5ba14">

UniprotKB数据库蛋白查询结果

假设我们要研究人的蛋白，那么，可以在RCSB Protein Data Bank数据库中搜索它的Entry name（1DHC_HUMAN）。另一方面，PDB数据库也会给出每个晶体结构的种属信息。

PDB详情页的蛋白种属信息

2. 了解更多关于蛋白功能/结构的信息

做任何研究都应当对研究对象有充分了解。UniprotKB数据库为我们整合了蛋白的相关知识，我们可以通过它获得重要的信息。比如，了解蛋白的功能是什么，序列有多长，结合位点在哪里，有哪些蛋白结构。

UniprotKB蛋白详情页，了解蛋白功能与结构信息

蛋白的结合区域信息

3. 选择口袋完整的晶体结构

对于某些蛋白，RCSB PDB数据库可能存在许多晶体结构。这种情况下，应当选择包含完整口袋的晶体结构。比如，当我们寻找1DH1基因的蛋白（Isocitrate dehydrogenase [NADP] cytoplasmic，Uniprot AC: IDHC_HUMAN）时，找到许多晶体结构。以4UMX和4UMY为例，如果查看三维结构，我们会发现4UMY有较多残基缺失。最关键的是，一大段组成口袋的残基缺失了，导致口袋的形状改变（对比4UMX可知）。相反，4UMX则较为完整。因此，我们不应选择4UMY，而应选择4UMX作为候选结构。

口袋完整与残基缺失的蛋白对比

4. 选择含有共晶配体的结构

很多时候，蛋白晶体结构中不只是蛋白，还可能有核酸、多肽、辅酶、小分子化合物（抑制剂、拮抗剂、激动剂、底物）、助溶剂、表面活性剂、金属离子和水分子以及其他分子；除了目标蛋白，可能还有其他蛋白。在PDB数据库的蛋白详情页内有详细记录，我们需要了解各组分是什么物质，各自的作用是什么，哪个是共晶配体。

蛋白晶体结构中各组分的信息

一些很小的分子，数量很多的分子，结合在很浅的蛋白表面的分子，通常不会是配体分子（但也有例外）。还有一些名称非常常见的，比如：GOL、ACT、PEG、SO4等等，这些只是蛋白结晶所需要的或者在溶液中存在的分子，不是真正意义上的配体分子。

仍然以4UMX为例，通过查询它的详细记录（https:///pgc-image/98220d04ebb74f7e8a9ba42d36fa2a22~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1667624403&x-signature=28noRovaP86fJ%2FgdEDf0y7e4OR0%3D" img_width="720" img_height="241" image_type="1" mime_type="image/jpg" web_uri="pgc-image/98220d04ebb74f7e8a9ba42d36fa2a22">

蛋白结构分辨率resolution

值得注意的是，晶体结构由于分辨率问题，通常不含氢原子，只有个别超高分辨率的文件，才能看到氢原子的确切位置。相反，核磁结构通常含有氢原子，且有较多构象（它是溶液中的状态），但不含配体分子。在蛋白分辨率的选择问题上，我们应有合理的依据，而非教条主义、人云亦云。

总结

事实上，如何选择蛋白晶体结构，是个帕累托最优问题。我们需要综合判断，选择最适合于当前研究的晶体结构。上述内容虽然是针对分子对接计算来讲的，但同样适用于其他计算模拟的情况。

如果上述内容有纰漏之处，欢迎大家批评指出。如果有补充或建议，欢迎在下方评论进行交流。

一、如何通过形状区别蛋白晶体和盐晶

1、在已知蛋白质晶体、盐晶或沉淀剂晶体形貌、颜色情况下，可用普通光学或偏光显微镜直接观察鉴别。有经验的晶体学家可以从形貌来判断对应晶体的对称性，并据此判断它是盐晶体还是蛋白质晶体。
　　2、在未知情况下可采用如下方法：
　　①脱水法：用晶体环固定晶体，较长时间暴露在空气中，蛋白质晶体由于脱水而损毁，盐晶则不发生变化；
　　②密度法：捞出晶体，轻放在结晶液滴上，蛋白质晶体能短时间浮于表面，而盐晶快速下沉；
　　③硬度法：在低倍光学显微镜下，在结晶液中用针尖触碰晶体，蛋白质晶体偏软，容易碎成粉状，而盐晶偏硬，容易碎裂成块；
　　④溶解法：用湿滤纸触碰晶体，蛋白质晶体很快溶解，而盐晶需较长时间才能溶解；
　　⑤灼烧法：捞出晶体放在盖玻片上，火焰灼烧盖玻片底部，显微镜下观察蛋白质晶体会由半透明状变成纯黑色粉末，也有毛发特有的烧焦味；
　　⑥sds-page法：捞出晶体，在沉淀剂中轻蘸洗涤，经电泳后判断是否有目标染色条带；⑦对照法：参照盐的溶解度和扩散平衡时结晶液中的盐浓度，判断能否长出盐晶，也可单独培养盐晶，根据形貌作对照鉴别等；
　　⑧偏光法：蛋白质晶体和盐晶都有较强的偏光性，利用此性质能区别晶体和其他非晶态物质（如玻璃壁上和结晶液内的小气泡、无定形沉淀等），效果显著；
　　⑨衍射法：即x线单晶衍射法，获得衍射图谱，解析结构，进而判定是否是蛋白质晶体。

二、如何查找基因涉及到的蛋白晶体结构，以及生成文件 (.pdb文件）。例如基因ZNF347。

很多基因所表达的蛋白晶体结构是尚没用研究报道的，因为做蛋白结晶是需要很高的试验技术水平和相关仪器设备的，大多数的实验室是没这个实力的。

看你的问题，似乎是想查找感兴趣基因的相关研究文献吧。找科研文献比较容易：1、你可以上google学术搜索，输入感兴趣的关键词（包括基因名称、蛋白名称、物种名称、作者、作者单位等等等）就行；2、你可以登录NCBI网站，在里面的pubmed数据库中输入相关关键词进行搜索。搜索到的文献有的是可以免费获得全文的，有的则只能获得摘要，全文需要花钱购买。

希望对你有所帮助。

三、为什么蛋白质结晶难?

纠正一下楼上的
1. 晶体是高度规则的, {理论上}每个晶格里要是一样的东西, 每个原子在相对同样的位置. 蛋白质是大分子, 有成千上万上的原子跑来跑去, 所以要得到一个规则的晶体是很难的. 你能找到的蛋白质晶体结构, 基本上都只是用蛋白质的一小部分来结晶的, 选的是最最稳定的部分.
我自己就是做蛋白质结晶的, 真的很难.
2. 膜蛋白难纯化是因为膜蛋白疏水, 所以说不溶啊, 还怎么纯化得出来. 膜蛋白之所以疏水是因为它们是在膜上的, 膜是疏水的磷脂双分子层, 疏水的爱和疏水的在一起嘛. 要想纯化膜蛋白必须要用一些detergent增加它们在水里的溶解性.

希望能帮到你吧 :)