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蛋白质结构数据库第二期

   日期:2024-12-25     移动:https://sicmodule.kub2b.com/mobile/quote/12346.html

(RCSB Protein Data Bank)

蛋白质结构数据库(PDB数据库)成立于 1971 年。在最初的几年里,数据库规模非常小,包含一些开创性的结构。对于每个结构,PDB数据库包含其三维坐标,即每个原子的X、Y、Z坐标。

科学家们是如何“看到”原子的?在 1970 年代,唯一的方法是 X 射线晶体学,蛋白质在纯化和浓缩时会形成晶体。在晶体内,蛋白质的许多拷贝以对称阵列排列。当X 射线束撞击晶体时,X散射会散射成独特的斑点图案。然后分析这些 X 射线衍射图以确定原子在蛋白质中的位置。1913 年,父子团队 henry 和lawrence bragg 率先阐述了如何解释 X射线衍射图样。他们在实验中使用了氯化钠晶体,后来,J.D.Bernai 指导了许多世界级的研究人员,他们使用 X 射线晶体学研究各种日益复杂的物质。1958年,John Kendrew 使用X射线晶体学确定了蛋白质肌红的第一个原子结构,由此诞生了结构生物学领域。

越来越多的科学家开始研究蛋白质的3D结构。到20世纪70年代,不同的实验室已经破解了十几个原子结构。世界各地的研究人员都对这些 3D 结构揭示的内容很感兴趣。但是在互联网出现之前,数据共享很困难。早期的PDB结构存储在纸质穿孔卡片上,每张卡片包含大约1个原子信息。PDB数据库的建立就是为了解决这个问题。科学家们将数据存入PDB数据库,PDB数据库再将数据复制到磁带上,并根据要求分发给研究人员。 1980年10月,在PDB数据库成立10 年后,数据库包含151个可供分发的结构。一年后,第一个 DNA结构被添加到 PDB中。

1989年,第一个通过核磁共振光谱(NMR)生物物理方法确定的结构被存放到PDB数据库中。在这种方法中,将纯化的蛋白质与特殊溶剂混合并插入核磁共振探针中,然后蛋白质样品暴露在强磁场中,这使得某些原子的原子核,如氢,像陀螺一样自旋。当用无线电波探测样品时,原子核会被激发并发生共振,频率被测量并记录下来。原子的周围环境决定了频率的高低。使用计算方法,将测量值被转换成图表来表示。将频率表示为具有特定原子组特定位置的峰值。此信息进一步完善并与其他核磁共振实验结合,以确定 3D结构。事实证明,核磁共振方法可有效解决较小蛋白质的 3D 结构,并让我们独特地了解蛋白质在溶液中的行为方式。

1991 年,PDB发布了第一个使用

蛋白质结构数据库第二期

3D电子显微镜(3DEM )确定的结构。在这种方法中,将少量纯化的蛋白质放置在铜网上,一台特殊的机器将样品铺在网格上的单层中。样品在液态乙烷中冷冻,然后装入电子显微镜中。样品暴露在一束加速电子下并捕获图像。通常蛋白质处于许多不同的方向,然后图像按方向分组,通过计算组合以重建分子的 3D形状。原子适合映射以推导蛋白质的 3D 结构。3DEM已成为X 射线和核磁共振技术的完美补充,该方法对难以通过两种旧方法中任何一种开展研究的大型复杂组件非常有效。

1995年,首次可以通过www.Pdb.bni.gov 网站访问PDB数据库。然而,配备浏览器的新网站标志着数据分发的新篇章。研究人员仍然可以请求 CD ROM上的完整档案。1999年,第10000个结构被发布到PDB数据库中。2004年,物理媒体上的PDB档案分发停止,在那时,互联网和计算机技术使所有数据操作都可以通过新成立的全球PDB组织成员维护的FTP服务器和门户网站在线完成。2008年,PDB数据库的条目数达到另一个里程碑——50000个结构。2014 年这个数量翻了一番。2021年,随着PDB数据库进入了它的黄金时代,数据库中有超过 170000个结构。越来越多的蛋白质和核酸3D结构加深了我们对生物学的理解,并帮助我们探索生命在原子水平上的运作方式。涉及分子结构的许多项目获得了诺贝尔奖。

结构生物学研究对于解决重大突发公共卫生事件至关重要。例如科学家利用 HIV 蛋白的结构来设计药物,以阻止病毒繁殖。在当今世界面临新冠大流行时,结构生物学家正在探索其病毒蛋白,以寻求新疗法和疫苗。

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