基于计算机的蛋白质结构与功能预测议定书

该程序的目的是从蛋白质分子的氨基酸序列开始计算预测蛋白质分子的三维结构和生物学功能。这是通过首先通过机器学习预测蛋白质的二级结构来实现的。然后将序列和预测的二级结构与 PDB 库中求解的结构进行匹配，以确定最佳结构模板。

此过程称为线程处理。按照线程程序，IT AER 程序将根据序列模板比对将模板拆分为片段，然后在第三步中将片段重新组装成全长模型。全原子模型是通过原子级细化构建的，以优化氢键网络并消除 ster 重叠。

该程序的最后一步是通过将预测结构与函数库中已知功能的蛋白质匹配来识别蛋白质的生物学功能。与现有的结构建模方法相比，ITER 的主要优势是固有的结构片段组装方法，它可以始终如一地使线程对齐更接近原生状态。这些高质量的结构模型也构成了基于结构的精确功能注释的基础，以促进 ITER 在科学界的使用。

我们的实验室提供了一个网站，可以将蛋白质序列提交给 iter。该网站充当一个纽带，全球用户可以通过该网站注册一个连接到计算机集群的接口，该集群管理和运行 ITER 模拟。ITER 模拟作业由十几个较小的子模拟组成。

在具有单个处理器内核的单台计算机上运行时，这些模拟可能需要 100 多个小时。Zang 实验室计算机集群在数百台计算机上获取和分发这些子模拟，并且能够运行 2000 多个模拟。与我们的计算机集群同时，我们每天能够完成数百次 I 品尝器模拟。

即使有这样的容量，也必须做很多工作来优化系统并最大限度地减少我们的在线 IT AER 用户的等待时间。要开始结构和功能建模实验，请登录 IT AER 网页。此处讨论的所有相关网页的 URL 地址都可以在书面协议中找到。

将氨基酸序列复制并粘贴到提供的表单中，或通过单击浏览按钮直接上传序列。提供作业的电子邮件地址和名称。用户可以选择指定外部到残留物接触或距离约束。

在结构建模过程中添加额外的模板或排除一些模板蛋白。要提交序列，请单击 run it taser 按钮。通过访问 IT 泰瑟枪队列页面检查已提交作业的状态。

单击 search 选项卡，然后使用作业 ID 号或查询序列搜索提交的作业。结构和功能建模完成后，将向提供的电子邮件地址发送一封包含预测结构图像和 Web 链接的通知电子邮件。点击此链接可查看和下载结果。

通过检查二级结构预测开始结构分析，二级结构预测显示为 H 表示 α 螺旋，S 表示 β 链，C 表示线圈。此外，考虑每个残数的预测置信度分数。寻找具有规则二级结构预测的长结构的区域，以估计蛋白质中的核心区域。

蛋白质的结构类别也可以根据二级结构元件的分布进行分析。查看预测的溶剂可及性，以确定埋藏和溶剂暴露区域。在查询中，预测溶剂可及性的值范围从埋藏残留物的 0 分到暴露残留物的 9 分。

包含大部分埋藏残基的区域可用于描绘蛋白质中的核心区域，而溶剂暴露和亲水残基的区域是潜在的水合或功能位点。要查看查询蛋白的预测三级结构，请向下滚动到左侧显示的交互式 JMO Appt。单击 applet 可更改显示结构的外观。

放大特定区域，在预测模型中选择特定的残留物类型或计算残留物距离。分析结构建模的置信度得分以估计预测结构的质量。Csco 值通常在负 5 到 2 的范围内，其中分数越高反映模型质量越好。

第一个模型的估计 TM 分数和 RMSD 显示为模型 1 的估计准确性。单击"有关 csco 的更多信息"链接。要分析所有模型的 csco 簇大小和簇密度，请分析由 low mets 线程程序确定的查询蛋白的前 10 个线程模板。

通过向下滚动结果页面，查看标准化的 Z 分数以分析线程对齐的质量。归一化 csco 大于 1 的比对反映了置信度的比对，并且很可能与查询蛋白具有相同的折叠。检查线程对齐区域和整个链中的序列同一性，以评估查询和模板蛋白之间的同源性。

高序列同一性是查询蛋白和模板蛋白之间进化相关性的指标。查看以颜色显示的线程对齐残基，以直观地识别查询和模板蛋白中的保守残基或基序与全链对齐相比，线程对齐区域中的序列标识更高，这也表明查询中存在保守的结构基序或结构域。通过检查对齐来评估螺纹对齐的覆盖范围。

如果顶部比对的覆盖率较低且仅限于查询蛋白的一小部分，或者在查询序列的很长一段中没有，则表明查询蛋白包含多个结构域。在这种情况下，建议拆分序列并单独对域进行建模。查看结果页面的下一个表格，以确定由结构对齐程序 TM align 确定的第一个预测模型的前 10 个结构类似物。

TM 分数大于 0.5 表示检测到的类似物和模型具有相似的拓扑结构，可用于确定查询蛋白的结构类别或蛋白质家族。TM 分数低于 0.3 的那些表示随机结构相似性。分析结构对齐区域中的序列同一性和 RMSD，以评估模型和结构模拟中空间基序的保守性。

目视检查比对中的彩色和对齐的残基对，以识别这些结构上保守的残基和基序。查看预测的 EC 数字表，查看查询蛋白的前五个潜在酶 OG。使用这些模板的 EC 数字预测的置信度显示为基于基准测试分析的 EC 分数。

使用大于 1.1 的 EC 评分可以可靠地解释查询蛋白和模板蛋白之间的功能相似性。接下来，在模板中寻找功能的一致性，这些模板与查询蛋白具有相似的折叠。如果多个模板具有相同的 EC 编号，并且 EC 分数大于 1.1，则预测的置信度非常高。

但是，如果 EC 评分很高，但已识别的命中之间缺乏共识，则预测会变得不那么可靠，建议用户查阅基因本体。术语预测 查看预测基因本体术语表，识别 PDB 文库中查询蛋白的前 10 个同源物，每个蛋白质通常与描述其分子功能、生物过程和细胞位置的多个基因本体术语相关联。单击每个术语以访问 amigo 网站并分析其定义和血统。

分析功能同源性分数列，以获取查询蛋白和模板蛋白之间的功能相似性。也可以估计从这些蛋白质转移功能注释的置信度。查看基因本体术语的共识预测表，以分析模板之间的功能并发性。

这些常用函数用于预测查询蛋白的基因本体项，并评估地理术语预测的置信度。最后，向下滚动到页面底部，查看查询蛋白的前 10 个配体结合位点预测，预测的结合位点是根据共享共同结合口袋的预测配体确认数量进行排名的。最佳识别的结合位点已显示在 JM OL 应用程序中。

单击单选按钮可分析其他预测并可视化配体相互作用残基。BS 分数揭示了模型和模板结合位点之间的局部相似性。BS 评分大于 1.1 表示预测结合位点附近的序列和结构相似性高。

与模板中的已知绑定站点相比，该模型是主网页，其中包含其他有用功能的链接。论坛功能允许用户创建一个在线帐户，并向其他 ITER 用户寻求有关结构建模的帮助或帮助解释结果。下载功能允许用户下载 iter 和相关软件包并将其安装在他们的计算机上。

这有助于减少执行建模实验所需的时间。队列功能允许在 IT a Q 页面上查看所有已提交作业的状态。用户还可以目视检查已完成作业的建模结构的图像。

在此页面上，第一个模型的 CSCO 预期 TM 评分和预期 RMSD 以及此处显示的提交日期还显示了 IT AER 结果页面的摘录，显示了更快的格式化查询序列、预测的二级结构以及相关的置信度评分和预测的溶剂可及性残留。查询中分析的核心区域和潜在的水合位点分别以青色和红色矩形突出显示。这里显示了查询蛋白的三级结构预测。

预测模型显示在交互式 JML 应用程序出口中，允许用户更改分子的显示。也可以通过单击下载链接下载模型，用于估计模型质量的置信度分数报告为 csco。给出了 itta A 结果页面的示例，显示了 Loomis 螺纹程序识别的前 10 个螺纹模板和对齐方式。

线程对齐的质量是根据标准化的 Z 分数进行评估的，其中大于 1 的值表示置信度对齐。模板中与相应查询残基相同的对齐残基以颜色突出显示，以指示存在保守残基或基序。相反，大多数顶部模板中缺乏比对表明查询蛋白中存在多个结构域，未比对的残基对应于结构域接头区域。

此表显示了 TM 对齐结构对齐计划确定的前 10 个结构类似物和结构对齐。类似物的排名基于结构对齐的 TM 分数。TM 分数大于 0.5 表示两个比较的结构具有相似的拓扑结构。

而 TM 分数小于 0.3 意味着两个随机结构之间的相似性。结构对齐的残基对根据其氨基酸特性以颜色突出显示，而未对齐的区域则用虚线表示。以下是 ITR 结果页面的示例，显示了 PDB 文库中查询蛋白的已鉴定酶同源物。

EC 分数分析 EC 数字预测的置信度，其中 EC 分数大于 1.1 表示查询蛋白和模板蛋白之间的功能相似性。查询蛋白的基因本体术语预测表包括基因本体模板库中查询蛋白的功能同源物，根据其功能同源性分数进行排名。从这些得分最高的命中中得出共同的功能特征，以生成查询蛋白的最终基因本体术语预测。

预测的基因本体术语的质量是根据 geo 分数估计的，其中 geo 分数大于 0.5 表示预测可靠，此处显示为 IT AZA 结果页面的示例，该页面显示了使用辅因子算法的前 10 个蛋白质配体结合位点预测。预测结合位点的排名基于共享共同结合口袋的预测配体确认的数量。在查询中，BS 分数是预测和模板结合位点之间局部序列和结构相似性的量度，可用于分析结合位点口袋的保守性。

尽管 ISER 是蛋白质结构和功能预测的最有效算法之一，但重要的是要记住，它只是计算机算法的预测。任何实验数据或功能见解，例如残基接触结合信息，对于提高预测的准确性都非常有用。IT AER 服务器有一个门户，可以在建模过程中包含这些信息，以适应对它日益增长的兴趣。

Aer，Zang 实验室发布了免费的 IT AER 软件，用于非商业研究。我们正在积极开发一种改进的 IT AER 和改进的眼睛品尝器，并希望它的可用性将导致 Zang 实验室以外的大规模应用，并将受益并刺激科学界的进一步研究。