快速挑选蛋白质结构的秘诀

在分子对接的世界里，挑选合适的蛋白质结构对于新手来说可能是一个挑战。

但别担心，本文将简化这个过程，通过三个清晰的步骤，帮助你轻松挑选出适合研究的蛋白质结构。

01 了解蛋白信息

深入理解研究对象是任何研究的基石。UniProt（https://www.uniprot.org/）为我们提供了丰富的蛋白相关信息。通过它，我们可以获取蛋白的功能、序列长度、结合位点以及结构信息等关键数据。

02 确定蛋白种属

研究人员通常使用动物模型，比如小鼠，来研究人源蛋白。这背后有多种原因：或许是因为难以获取人源蛋白，或者无法没法直接进行人体试验，又或者是因为使用动物蛋白更为便捷和经济。

然而，在计算模拟的世界里，这些限制不复存在。如果我们真正的研究对象是人，那么通常应优先选择人源蛋白。

除非计算结果需要用来指导后续实验，比如，定点突变实验。在这种情况下，计算所用的蛋白种属应与实验保持一致，才能确保氨基酸序列一一对应。

我们用一个例子来说明怎样使用UniProt。在UniProt数据库输入基因名IDH1，并按种属过滤（假设我们要研究的是人源蛋白，点击左侧菜单栏的Human），很快就找到了满足条件的蛋白记录。

但我们发现有多条人源蛋白记录。这时候该怎么选呢？考虑到我们找蛋白记录是为了做分子对接，我们优先考虑那些含有三维结构蛋白记录。至此，我们找到了1DHC_HUMAN。

03 按不同需求选择蛋白晶体

3.1 选择分辨率高的晶体结构

在选择晶体结构时，分辨率（resolution）是一个非常重要的考量因素，因为它直接关联到晶体结构模型中原子位置的确定精度。

通常，我们更偏好高分辨率（即数值较小的分辨率）的晶体结构，因为这意味着原子位置的定位更为准确。一般来说，当分辨率小于2 Å时，已能满足大多数研究需求，但这并不是唯一的筛选准则。

有时，一些低分辨率的晶体结构中可能包含了重要的共晶配体信息，这些信息在高分辨率结构中可能并不具有。在某些情况下，低分辨率的蛋白结构能够揭示出关键的口袋位置，而高分辨率的蛋白结构可能因为缺少配体而无法明确这些位置。这些信息对于分子对接而言，是非常重要的。虽然通过低分辨率结构可以了解到口袋的大致位置，但在确定口袋的精确位置和形状时，仍然可能会面临一定的挑战。因此，在选择晶体结构时，除了分辨率外，我们还需要综合考虑其他因素，如晶体结构的完整性和配体结构的相似性等，以确保所选结构能够满足研究的实际需求。

3.2 选择口袋完整的晶体结构

在选择晶体结构时，考虑口袋的完整性往往比单纯追求高分辨率更为重要。

以4UMX和4UMY两个晶体结构为例，通过对比它们的三维结构，我们可以清晰地看到4UMY存在较多的残基缺失，尤其是组成口袋的关键残基的缺失，这将导致口袋形状的改变。

相比之下，4UMX的结构则更为完整，口袋的形状和组成都得到了较好的保留。因此，在进行候选结构的选择时，我们应更倾向于选择像4UMX这样结构完整、口袋形状准确的晶体结构。这样做能够确保我们后续的研究和分析更加准确和可靠。

3.3 选择含有共晶配体结构

在蛋白晶体结构中，除了目标蛋白本身，经常还会发现多种其他分子，包括核酸、多肽、辅酶、小分子化合物、助溶剂、表面活性剂、金属离子和水分子等。这些分子都可能与目标蛋白产生某种形式的相互作用。除了目标蛋白，PDB数据库（https://www.rcsb.org/）中关于其他可能存在的蛋白也会有详细的记录。例如，当我们打开PDB数据库搜索IDH1时，可以获取包括种属、分辨率等在内的详细信息。

还是以4UMX结构为例，我们可以深入了解晶体中各组分的性质和作用。在晶体中，一些体积小、数量多、结合在蛋白表面的分子，通常不是真正的配体（在功能和性质上与我们要对接的分子类似的分子）。

常见的这类分子包括甘油（GOL）、肌酸（ACT）、聚乙二醇（PEG）、硫酸根（SO4）等，它们主要是结晶过程中的辅助成分。

通过详细分析，我们可以识别出哪些是真正的共晶配体。例如，在4UMX结构中，NAP是辅酶，而VVS是小分子配体，GOL则是助溶剂分子。在进行分子对接时，我们应选择VVS的结合位置作为对接口袋，因为它代表了活性分子对蛋白功能发挥效用的地方。同时，我们不应忽视NAP这样的辅酶。即使它不是直接的配体，但由于NAP与VVS存在直接的相互作用，我们应该将它视为受体的一部分，在对接时保留，以确保对接的准确性和功能完整性。此外，常见的辅酶如ADP、ATP、NAD+、NADH、NADP+、NADPH、HEME等，也可能作为辅因子出现在蛋白晶体结构中，对蛋白的活性和功能有重要影响。

3.4 选择配体相似的晶体结构

选择配体相似的晶体结构至关重要，尤其当面对多个可选的蛋白晶体结构时。如果这些结构中许多都含有共晶配体，我们应该选择那些与我们要对接的化合物结构相似的共晶配体。这样做的原因在于蛋白质与配体结合时可能会经历“诱导契合”效应，即蛋白口袋会根据配体的形状发生适应性变化。

对于那些具有较大柔性的蛋白口袋，这种效应尤为显著。与不同配体结合时，蛋白口袋可能会展现出不同的形态。比如，呈现“开”、“闭”状态。然而，在分子对接过程中，我们通常按刚性结构处理蛋白结构，因此选择一个口袋形状与目标化合物相匹配的晶体结构，将大大增加对接的成功率。同时，我们还需注意晶体结构的一个特点：由于分辨率的限制，大多数晶体结构不包含氢原子，只有那些超高分辨率的结构文件才能揭示氢原子的确切位置。与此相对，核磁共振（NMR）结构通常包含氢原子信息，并且展现了蛋白质在溶液中的多种构象状态。但值得注意的是，NMR结构往往不包含配体分子。因此，在选择蛋白结构时，我们应根据实际需求，充分了解优缺点以后，再做决定。

总结

挑选合适的蛋白质晶体结构是一项需要综合考量的任务。如果理解了上述原则，并熟悉这些步骤，相信你可以更加自信地选出合适的结构。记住，没有一成不变的规则，每个研究项目都有其独特性。只有确保每一步都具备合理性，才能将分子对接研究建立在坚实的基础之上，做到无往不利。最后，如果数据库中的现有结构无法满足你的需求，同源建模提供了另一种获取所需结构的途径。后面有机会我将单独写一篇文章来讲讲这个问题。