利用Bio3D-web研究蛋白质序列-结构-动力学关系

Bio3D-web 的总体目标是实现对蛋白质家族序列、结构和构象多样性的交互式分析。Bio3D-web 是一款新的网络应用程序，有助于我们理解大型蛋白质家族中序列、结构和动力学之间的关系。Bio3D-web 的主要优势在于，它提供了交互式且可重复的在线序列、结构和动力学分析功能，用户无需具备任何编程背景。

为了输入结构进行分析，可通过搜索蛋白质数据库获取腺苷酸激酶的 PDB ID。在输入结构或序列面板的文本框中输入腺苷酸激酶的四位字符 PDB ID，或粘贴蛋白质序列。单击第一个面板中的蓝色“下一个命中选择”按钮，或直接向下滚动至面板 B 的命中选择部分以进行进一步分析。

确保将包含结构的总数上限滑块设置为其最大值，以包含所有高于截断值的结构。降低包含的比特分数（BitScore）截断值可纳入进化关系更远的匹配项，提高该值则可排除部分匹配。通过检查表格中的详细信息（如PDB名称、物种和结合配体），确保所选匹配项代表相关的结构。

单击“比对”选项卡，对“搜索”选项卡中选定的结构进行序列比对。在分析亲缘关系较远的蛋白质时，尤其是当序列相似性低于30%时，可能会出现比对错误。务必在“比对”选项卡中仔细检查并校正序列比对结果。请在面板A的比对摘要中查看比对统计信息。

确保目标区域已对齐，且未被一个或多个结构中的空缺区域遮蔽。单击蓝色的“下一个分析”按钮，对收集的结构进行基于序列的聚类分析。然后，单击蓝色的“下一个保守性”按钮，计算列向的残基保守性。

选择比对的结构集以生成每个比对位置上残基保守性的图谱。进入拟合标签页执行结构叠加。通过目视检查，确保蛋白质结构已叠加到相应且相关的区域。

点击并拖动鼠标以旋转结构，滚动可进行缩放。通过点击颜色选项来调整结构的着色方式。然后，点击蓝色的“下一步分析”按钮，对收集的 PDB 结构进行基于结构的聚类分析。

在图表选项下拉菜单中切换 RMSD 热图。点击蓝色的嵌套 RMSF 按钮，查看每个残基的结构变异性，X 轴边缘区域显示主要的二级结构元件。进入 PCA 选项卡以执行主成分分析。

为了可视化主成分，请勾选“显示主成分轨迹”复选框，以使用浏览器内置的可视化工具来观察主成分所描述的运动。请确保从第一个下拉菜单中选择主成分一。若要可视化其他主成分所描述的运动，请从“选择主成分”下拉菜单中选择所需的主成分。

通过点击蓝色的“下一个图”按钮，将各个结构投影到选定的两个主成分（PC）上。确保X轴的主成分设置为1，Y轴的主成分设置为2。若要将结构投影到其他主成分上，请相应地调整主成分编号。

单击图中的任意单个点以标记相应结构。或者，可在图下方的主成分分析（PCA）构象图注释表格中高亮显示一个或多个结构。单击蓝色的“下一个残基贡献”按钮，可计算各个主成分中残基的贡献。

通过在“选择主成分”文本框中输入主成分编号，绘制其他主成分的贡献。点击 eNMA 选项卡以启动正则模式计算。通过降低或提高结构包含或排除的阈值，调整所包含结构的数量。

单击绿色的“运行集合 NMA”按钮，以开始正常模式分析计算。向下滚动至 eNMA 选项卡的第二个面板，即“正常模式可视化”面板，以查看正常模式的可视化结果。单击蓝色的“下一步：波动”按钮，以计算用于集合正常模式分析的所选结构的残基级波动情况。

通过 RMSD 切换聚类，以基于 RMSD 的聚类结果对波动谱进行着色。勾选展开线条复选框，将分组后的波动谱相互分开绘制。然后，点击蓝色的“下一页 PCA 与 NMA 比较”按钮，计算各个正则模式与主成分之间的相似性。

点击底部的蓝色“下一步”按钮，以生成包含分析结果、用户自定义输入及参数选择的报告。该报告可下载为可共享的 PDF、Word 和 HTML 格式。报告中还包含一个链接，可用于日后重新访问分析会话，该链接也可与合作者共享。

此处显示的是腺苷酸激酶的可用PDB结构，已叠加在所鉴定出的不变核心上。结构根据“拟合”标签页中提供的基于RMSD的聚类结果进行着色。“PCA”标签页可提供主成分的可视化，用于表征数据集中主要的构象变化。

此处以管状表示法展示了对应于第一主成分的轨迹，呈现出蛋白质的大尺度闭合运动。在构象分布图中，结构被投影到其前两个主成分上，以低维形式展示构象多样性的特征。每个点或结构根据用户指定的标准着色，在本例中为基于主成分分析（PCA）的聚类结果。

在eNMA标签页中的正常模式分析表明，与闭合状态相比，开放状态结构的局部和全局动力学特性增强。Bio3D-web可用于探索序列和结构集合，并在数分钟内帮助理解目标蛋白家族的总体趋势。Bio3D-web已帮助我开展驱动蛋白超家族的结构分析。

Bio3D-web 提供了一个完整的流程，用于全面定制化地研究序列-结构-动力学之间的关系。该流程提供了利用主成分分析（PCA）进行构象间关系映射的功能，并可通过系综网络模型分析（ensemble NMA）对大量异源结构中的局部和全局动力学进行定量比较。预计大多数研究人员将使用 Bio3D-web 来理解其感兴趣蛋白家族中的总体趋势，从而为后续的专门化分析提供依据。

Bio3D-web 因此被设计为一种假设生成工具，可生成包含所有用户自定义参数的可共享摘要报告。Bio3D-web 的结果可下载，并且与 Bio3D-R 软件包完全兼容，便于进一步深入分析。对于特定的蛋白质家族，目前已可获得大量结构，这些结构通常是在不同条件下测定的。

对这些大量结构进行比较，可以揭示其功能所依赖的关键结构机制，例如配体结合、催化作用以及变构调节。Bio3D-web 具有广泛的可访问性，无需安装专用软件或学习新的编程语言即可轻松使用。Bio3D-web 支持所有主流浏览器。

本地部署的完整源代码和设置说明均可免费获取。