【摘要】 蛋白质的结构和功能是由某些关键的氨基酸决定的,当这些氨基酸改变时,蛋白质会发生相应的变化,而当一些意义不大的氨基酸被其他氨基酸取代时,蛋白质不一定能发生结构功能的改变。下面通过几个软件来介绍一下如何通过点突变蛋白的结构,来进行理论预测。

*Pymol、UCSF Chimera、VMD软件下载链接见文末

 

1Pymol

 

(1)载入氨基酸

 

点外部GUI窗口的File->Open,载入下载好的1jma.pdb文件,通过Hide->everything,show->cartoon,更改蛋白质的显示样式;

 

 

(2)显示氨基酸序列

 

点击右下角的”S”,窗口上方显示出蛋白质氨基酸序列;

 

 

(3)选择被突变氨基酸

 

通过氨基酸序列选择要突变的氨基酸,此处选择A链112位氨基酸,缬氨酸,通过show->stick,Color->red,使该氨基酸标红;

 

 

(4)突变氨基酸

 

点外部GUI窗口的Wizard->Mutagenesis,出现如图所示画面,点NO-MUTATION,选择需要突变的氨基酸,这里选择色氨酸Trp,左上角出现“Pick a residue…”,

 

 

点击需要被突变的氨基酸,设置颜色为黄色,可以看到点突变以后的色氨酸为黄色,原来的缬氨酸为红色,点击”Apply”就只剩下黄色突变后的色氨酸了。

 

 

2UCSF Chimera

 

(1)File->Open,载入下载好的1jma.pdb文件,点Tools->Sequence->Sequence,选择chain A->Show,可以看到A链的氨基酸序列,

 

 

(2)鼠标左键选择112位氨基酸,缬氨酸,同时按下右键可拉近窗口,使缬氨酸为当前活动氨基酸;

 

 

(3)action->atom/bonds->show,显示出缬氨酸侧链

 

 

(4)Select->zone->5Å,将缬氨酸周围5Å的小分子和氨基酸显示出来,方便观察突变后的结构改变,之后右键缬氨酸为当前活动氨基酸;

 

 

(5)Tools->Structure editing->Rotamers->,选择色氨酸TRP,应用之后会出现一系列可能的结构,通过侧链扭转值(chi)和概率值进行评估。也可通过Columns->Add添加Clashes、H-bonds和Density进行比较。选择不会与其他氨基酸碰撞且可能性大的结构,点击”Apply”,即为突变后的氨基酸。

 

 

3VMD

 

(1)File->New Molecule->Browse,载入下载好的1jma.pdb文件,Graphics->Drawing Method,更改蛋白质的显示样式;

 

 

(2)Extensions->Modeling->Automatic PSF Builder,用于生成突变所用psf文件需要进行以下4个步骤

 

1).打开AutoPSF插件,自动显示为当前分子,更改输出文件到VMD安装路径下,点击”Load input files”,载入输入文件;

 

 

2).选择PDB文件中哪些部分将用于最终结构中。选择“Everything”应用整个pdb文件到最终结构中,也可选择“protein”和“Nucleic Acid”应用蛋白质和核酸组分,选择“Other”时,可在文本框中输入配体分子,进行突变。此处选择蛋白质,基于当前选择,点击“Guess and split chains using current seletions”生成相应的链;

 

 

3).第三步中显示了上一步选择的结构,包括链长,起始和结束的原子数以及相应的末端,如果自动识别的链不正确,可从列表中编辑、添加或删除。此处选择删除BP1和BP2两条配体链,点击”Creat chains;

 

 

4).AutoPSF会自动生成一些“补丁”,如二硫键,一些生成psf文件所需要补充的一些连接,可通过手动添加删除。点击“Apply patches and finish PSF/PDB”,会在VMD的安装目录下生成相应的文件

 

 

(3)Extensions->Modeling->Mutate Residue,进行氨基酸突变。自动载入上一步生成的psf文件和pdb文件,在“ID of target residue”处输入被突变的氨基酸序号,“Mutation”输入突变的氨基酸名,点击“Run Mutator”,在目录下生成MUTATED.pdb,即突变后的PDB文件。

 

 

突变后的蛋白质结构后期通过分子动力学模拟进行能量最小化,来调整点突变以后该氨基酸及其周围氨基酸结构的变化

 

理论预测只是提供了一些可能性,这些预测并不能保证绝对准确对于突变后性质和功能的研究仍需要通过实验进行验证

 

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