合成蛋白质的优化：识别表明结构和/或功能相关残基的残基间依赖性

本实验的总体目标是识别蛋白质比对中共同进化的残基，这些残基暗示了位置间的相互依赖性（IPDs）。该目标首先通过将比对序列载入“Stick World”来实现，Stick World 是一种可视化分析工具，可生成蛋白质比对的交互式三维表示，并在 Stick World 中清晰展示共同变化的残基。比对中的每个位置被表示为一列，由多个球体堆叠而成，每个球体代表该位置可能出现的20种氨基酸之一，球体大小根据其出现频率按比例调整；各位置对应的列被环绕排列于一个圆柱体上，以体现位置间的相互依赖关系。

在残基之间绘制连线，这些残基的共进化程度高于或低于程序中各位置残基相互依赖时的预期值。通过调整残差，使边的数量处于可管理范围内，然后确定感兴趣的边。最终，利用stick world识别彼此共进化的残基。

在一种通气激酶中已鉴定出此类功能必需的覆盖残基。人们在这一过程中遇到困难的原因之一在于其新颖性。这一过程几乎既是一门艺术，也是一门科学。

直观地演示 Stick World 非常重要，因为这是一个可视化分析工具，需要用户交互。操作：使用一台配备 Intel i5 或更高版本处理器、至少 4 GB 内存、运行 Mac OS 10 或 Linux 操作系统的计算机，并安装文中协议所列的 Python 库。将 Stick World 下载为包含所有相关 Python 脚本的压缩包文件（zip 格式）。

此外，下载 FASTA 转 stick 的脚本，用于将标准的 FASTA DNA 或蛋白质序列比对结果转换为 stick world 格式。解压压缩包，将生成的 stick world 文件夹和 FASTA 转 stick 脚本放在桌面上。然后使用任何标准的序列比对软件创建蛋白质序列的比对结果。

将比对文件保存到桌面。确定一种格式。在宏Linux计算机上打开终端应用程序，通过在终端中输入 CD tilda slash desktop 并按回车键，导航至桌面。

输入命令以使 FASTA two stick 脚本变为可执行，然后输入命令运行该脚本。根据脚本提供的屏幕提示，指定输入文件名和期望的输出文件名。将输出文件保存在桌面。

使用 Mac 或 Linux 计算机的终端应用程序，进入 stick world 可执行文件文件夹，然后在终端中输入 Python -32 stick world demo PI 来启动 stick world。确认屏幕上可见 stick world 数据加载面板，然后通过点击加载蛋白按钮来载入已转换的蛋白质序列比对文件。

选择创建的文件并点击打开，Sticky World 将打开多个新窗口，包括 Sticky World Control 和 Sticky World OpenGL。选择 Sticky World OpenGL 窗口。从 OpenGL 菜单中选择重置视图，以在可调整大小的 OpenGL 窗口中通过圆柱体以自上而下的视角显示默认的 Sticky World 可视化效果。

在棍状模型世界中提供了多种视图选项。在棍状模型世界的控制面板中，选中“列标签”和“球标签”复选框，以显示列和球的数值。在棍状模型世界的控制面板中，取消选中“列边缘”复选框，以隐藏列边缘线条。

在 Stick World 控制面板中将柱状图厚度设置为 0.1，以绘制穿过各列的细线。按回车键确认更改，以便更轻松地浏览 3D 视图。重置 Stick World OpenGL 窗口中的视图。

然后按下全屏按钮，以最大化视图，方便在程序中进行导航。按住鼠标左键并上下左右移动鼠标，可旋转三维棒状模型视图。按住鼠标右键并上下移动鼠标，可缩放三维棒状模型视图。

通过平移和缩放视图来浏览，超过 p 值和残差阈值要求的共进化残基将通过边线连接。如果连接残基的边线过多或过少，可调整残差阈值以显示更少或更多的边线。在棒状模型的控制面板中提高残差阈值，直至不再显示 IPD 边线，然后缓慢降低阈值，直到出现相互关系。继续调整残差阈值，直至出现足够数量的相互关系以供分析。

使用“Command”键加左键单击，在比对中识别涉及已知重要残基或彼此距离较远的残基之间的关系，选择任何感兴趣的边。棒状图世界控制面板将指示相应的列并连接特定残基。实线表示正向关联。

虚线表示负相关关系。点击“棍状世界”控制面板上的输出边按钮，将当前可见的所有边（包括联合残基及其实际残差值）保存为纯文本格式文件至指定目录。前景中可见一个较大的簇，显示了包括第132位甘氨酸、第135位酪氨酸和第141位脯氨酸之间三节点关联在内的长程相互依赖关系（IPDs）。

此处视图已倾斜，使用户视角略高于圆柱体，从而揭示了位于第1位的组胺与第29位相距107个残基的甲硫氨酸之间的相互作用界面（IPD）。相反，同一结构域中的A-P-A-M-H-M-M衍生基序并未特异性地识别这些共同出现的基序变异，且其定义的整体分组方式在生物学上缺乏支持。进行此操作时，重要的是要记住以两种不同的方法尝试。

可以从较高的残差开始逐步降低，或从较低的残差开始逐步升高，从而以两种不同的方式探索该空间。