来自Proteopedia
蛋白质组链接蛋白质组链接| | |
| 变形紫胶阻遏物与DNA复合，显示非特异性结合（直接DNA）与操作员序列的特异性识别（扭结DNA）之间的差异。这种结合是使DNA发生扭结，还是仅仅使预先存在的扭结稳定下来，尚不清楚。细节. |
变形是显示两个分子构象之间转换的动画。
变形示例
变形纲中的形态
其他地方的Morphs
- 用于灵活性和几何分析的具有相关工具的大分子运动数据库，molmovdb.org网站由美国耶鲁大学的马克·格斯坦及其同事开发。[1][2]
- 蛋白质探索者由开发埃里克·马茨在美国阿默斯特马萨诸塞大学。[3]请注意，Protein Explorer在2000年初停止使用，因为它是围绕编钟Chime不是开源的，它的所有者停止了对它的维护。
- Morphit Pro服务器的数据库[1]和相关的DynDom软件[2]由史蒂文·海沃德（Steven Hayward）和英国东安格利亚大学（University of East Anglia）的同事撰写。
非变形动画
为什么是Morph？
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| 在血红蛋白中血红素的碳单氧和脱氧构象之间切换。（这不是变形。）来自Kinemage的聚合立体快照。（25个循环后停止；Shift-Reload this page可重新启动切换。） |
分子变形的目的是平滑两种分子构象之间的视觉转换，使其更容易看到和理解它们之间的结构差异。相反，预测构象变化发生的实际轨迹很少是变形的目标。
一些蛋白质在没有重大构象变化的情况下发挥其功能。另一方面，一些蛋白质必须经历二级、三级或四级结构的重大变化才能发挥其功能。在相当多的案例中，调查人员成功地获得了经验确定的结构对于两种或两种以上构象的蛋白质。可视化的挑战是能够跟踪两种构象之间每个区域的变化。
当差异很小时，只需在两个状态之间切换图像就足够了。大卫·理查森的魔法[4]，1992年首次上市[5]支持大分子构象之间的视觉切换。数百个名为kinemages的交互式分子结构教程利用了这一功能。右侧是在MAGE中切换的血红蛋白快照。（MAGE以java applet形式提供，是Proteopedia中分子显示的一个选项[6].)
另一方面，当构象变化很大时，在两种非常不同的构象之间切换会使眼睛无法理解发生了什么。这是变形有助于查看和理解构象之间的差异的时候。一个引人注目的例子是回收率.
大分子变形的历史
也许第一个大分子形态是在1995年由冯海因、施劳德勒和舒尔茨提出的[7]世卫组织使用线性插值.
大约在1997年，Mark Gerstein、Werner Krebs和他们在耶鲁大学的团队发布了一个易于获取的Morph Server化学上可能变形。他们和其他人随后使用该服务器的结果对分子运动进行分类，并开发了一个令人印象深刻的大分子运动数据库，molmovdb.org网站，具有研究质量分析工具和多个可视化选项。[1]
1998年，受到乔尔·萨斯曼,埃里克·马茨发布了一个蛋白质变形器网站[8]它使用MDL Chime浏览器插件显示了几个分子的变形[5]几年后，他将变形动画功能并入蛋白质探索者[3]，他在那里实施一些附加变形.
大约在2004年，Karsten Theis、Craig Martin和同事发布了几个不寻常的变体，因为它们涉及手持式中间关键帧，在一个案例中[9]提出了构象变化的实际轨迹。
可视化变形
有两种主要的方法来显示大分子形态：真实电影和分子可视化软件中的动画[10]，例如Jmol、PyMol等。由于Proteopedia使用Jmol，我们将在下面的讨论中提到Jmol。
真实电影
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| 本页顶部附近的Jmol中显示的变形的真实电影。（100个循环后停止；Shift重新加载此页面以重新启动此影片。） |
一部真正的电影是一系列快速连续显示的静态快照。右侧显示了一个真实的变形电影示例。请注意，您无法用鼠标旋转分子，因此您可以仅从电影作者选择的单个角度查看变形。此外，必须为渲染或着色中的每个更改提供单独的电影，而Jmol中的渲染和着色可以很容易地用脚本命令更改，同时显示相同的morph PDB文件。
什么时候真正的电影比Jmol中的动画更有优势？首先，如果已经有电影可以显示所需的变形，使用它可以节省创建自己的变形的时间。当生成原子坐标以显示构象变化将是异常具有挑战性时，尤其如此，例如在重组DNA穿越Holliday连接的真实电影其次，如果您希望在Powerpoint®幻灯片中显示变形，可以将真实的电影直接粘贴到幻灯片中，而Jmol中的动画在技术上很难安装到Powerpoint中，并且只能在Windows中完成，而不能在Mac OS X中完成。
制作真实电影的方法从多模型PDB文件例如变形，包括：
- 全景-3D，一个从菜单、复选框和表单运行的免费服务器，使用PyMOL公司。您不必授权或安装PyMOL，也不必学习如何使用它。这是最简单的方法。生成的真实电影可以放在Powerpoint®幻灯片中。
- 电子电影，一个基于故事板的制作分子电影的工具。eMovie是PyMOL的一个插件，因此最适合熟悉PyMOL或希望熟悉它的人。eMovie提供了比Polyview-3D强大得多的电影制作功能，对于任何PyMOL-user来说都应该相对简单。
Jmol格式的动画
与真正的电影相比，Jmol中的动画（例如本页顶部的动画）具有优势，这有几个原因。首先，可以从以下位置查看Jmol中的变形任何观点,设置动画时，用鼠标旋转。它也可以是缩放检查细节。其次显示和颜色通过向Jmol发送脚本，可以轻松更改方案。此外，分子的部分可以是隐藏的在Proteopedia中，可以使用绿色链接或按钮进行后面的更改，如图所示：
-或-
变形方法
所有变形通常以至少两个开始经验主义的,原子坐标文件其代表相同大分子的不同构象。在某些情况下，可提供两个以上[7]然后，简单变形涉及使用以下方法之一计算一系列插值中间构象。
在从已发布的PDB文件创建新变形之前，请搜索莫尔菲斯美术馆在这里，您可以找到以前提交给耶鲁变形服务器（见下文）。很可能你的变形已经完成了，并且已经在那里可用了！
建模中间关键帧
在某些情况下，如果发生非常大的畴移动，或者作者提出实际发生的轨迹，则有必要对分子的一部分用手定位的中间体进行建模。然后，通常在初始经验构象和第一个关键帧之间、中间关键帧之间以及最后一个关键帧和最终经验构象之间计算插值。这类变体的例子有Karsten Theis、Craig Martin和Peng Gong关于T7 RNA聚合酶和蛇毒抑制胰蛋白酶的研究[11].
化学可能的中间体
化学上可能（有时也称为化学上似乎合理,半合理的，或化学上合理)这意味着，至少保持了正确的共价键长度和角度，并且原子被限制不相互穿过。这种类型的变形需要复杂的软件，但幸运的是，这种软件是免费提供的，并且易于使用。
能量最小化变形的一个小缺点是，动画中的运动可能会相当急促。在某些情况下，分子会抵制过渡，因此开始时移动缓慢，然后快速“不舒服”地通过中点，快速到达最终配置附近。相比之下，仅使用线性插值（参见下一节）就可以生成一些人喜欢的平滑动画。
PyMOL变形杆菌
推荐.Proteopedia提供了一个页面http://proteoppedia.org/cgi-bin/morph将变形请求发送到PyMOL程序并自动将生成的多模型文件上传到proteoppedia。服务器制作的变形示例如下在这里，当你点击上面的绿色链接时就会显示第页.
优势：
- 接受预先对齐的模型，以便您可以控制结构线形否则服务器将为您对齐模型。
- 只要匹配的链具有相同的链ID名称，变形可以包括多个蛋白质链。
- 蛋白质序列不需要完全相同。
- 允许链条长度存在一些差异。
FATCAT，Godzik实验室
这个FATCAT结构校准服务器也会产生“化学上可能的”变体。在进行可选的柔性对准后（允许FATCAT确定的铰点扭转），在对准的模型之间进行线性插值。然后，“中间结构通过能量梯度最小化，使用简化的表示力场进行优化。”
限制：FATCAT只从每个模型中生成一条链。链被重新编号，因此将新编号与原始序列号联系起来很耗时。在生成的变形中，即使指定了“刚性”对齐，似乎也可能对至少一个模型进行某些更改。
Kleywegt在乌普萨拉的生物分子变形
另一种制作“化学上合理”变形的方法是从生物分子变形该网站由瑞典乌普萨拉大学的Gerard J.Kleywegt创建。与耶鲁服务器不同，这不是一个可以提交作业并自动返回完成结果的服务器。Kleywegt的LSQMAN软件可以在linux上下载使用，并且可以免费用于学术和非营利用途。
耶鲁变形服务器
2023年1月不再工作。
2021年2月再次工作。他们的动画播放器无法工作，因为它仍然需要Java，但您可以下载morph PDB文件并在Proteopedia或Jmol中对其进行动画制作。请参阅以下说明.
这个耶鲁变形服务器来自Mark Gerstein团队。除了结果的化学性质之外，该服务器非常有吸引力，因为它可以自动创建多模型变形PDB数据文件，也可以自动可视化。服务器对开始的PDB文件进行结构对齐，并可以处理初始和最终PDB文件之间顺序上的适度差异。然后进行线性插值，然后将能量最小化以渲染每帧化学上可能.
耶鲁大学Morph服务器的Morph2（版本2）允许您预先对齐（或让服务器对齐）您的结构，并为您提供最小化或不最小化的选项。
线性插值
在这种方法中，创建了一系列中间模型，其中每个原子从初始位置直线移动到最终位置。线性插值本身（没有任何后续的能量最小化）相对容易计算，并且通常足够，但也有一些限制。当设置动画时，插值的中间构象通常有助于可视化初始构象和最终构象之间的差异经验模型然而，键的长度和角度变得不切实际，域可能会人为地收缩、膨胀或扭曲，甚至在插值运动期间链可能会相互穿过。当二级结构发生实质性变化或域发生较大运动时，这些伪影使眼睛无法跟踪构象变化的细节，线性插值变得不令人满意。
线性插值中明显存在的伪影（例如物体相互穿过）可能很有用，因为它提醒观众变形的值只是为了帮助可视化构象变化的细节，而不是为了暗示变化的实际轨迹。例如，的变形恢复素其中N-连接的肉豆蔻酰基团穿过蛋白质链。
线性变形服务器
用户：Karsten Theis提供了一个服务器，用于在两个PDB文件之间进行线性插值：两个PDB文件之间的线性变形。检查结果，因为尚未对所有情况进行完全测试。
MS-DOS morph2.exe
一个非常简单的程序，名为变形2.exe，执行线性插值，自20世纪90年代末以来在PDB工具由Eric Martz打包。[12]此程序用于Martz制作的大多数变形（包括本页顶部附近的Lac阻遏物变形），它要求两个开始的PDB文件包含完全相同的原子，顺序完全相同。（实现这一点通常需要对PDB文件进行一些手工编辑。）其优点包括可以直接在变形中或变形末尾包含配体，并且可以包含多个蛋白质和核酸链。分步说明在中可用蛋白质探索者虽然这些说明是为Chime而不是Jmol编写的，但除最后一节播放脚本。警告：检查结果--对于非常大的PDB文件，morph2.exe似乎会失败，但其限制尚未定义。
刚体运动与线性插值的结合
为了探索Jmol中动态的构象变化，storymorp套件定义了几个Jmol函数来叠加和变形相关结构。该方法在Jmol/Storymorph公司，以及一些演示和互动示例。
设置变形PDB文件的动画
如果您将多模型变形PDB文件上传到Proteopedia，则只需在Proteopedia's中选中该选项即可设置动画场景创作工具.
对于那些希望在中制作自己的动画脚本的人焦摩尔蛋白质体外部（例如在Jmol教程-创作模板)，在Jmol中动画化多模型PDB文件所需的脚本比Chime中所需的要简单得多。以下是Jmol中需要的命令：anim模式回文；动画；动画fps 8；#每秒帧数
请注意，Proteopedia中不需要这些命令，即使应用了这些命令，当Proteopediasaves Jmol的状态脚本时，也不会维护动画。相反，对于Proteopedia，请使用场景创作工具.
在Proteopedia中保存动画或使用上述三个命令设置动画之前，应根据需要显示模型并对其着色。另请参阅Jmol命令脚本参考手册，可从jmol.org网站或者，在2008年，通过与Jmol脚本文档.
参考、链接和注释
- ↑1 1.1高分子运动数据库：十年来增加了新功能。等。《核酸研究》，.34（数据库问题）D1–D6。2006公共医学16381870,PDF格式.
- ↑高分子运动数据库及柔性和几何分析的相关工具，molmovdb.org网站由美国耶鲁大学的马克·格斯坦及其同事开发。
- ↑3 3.1蛋白质探索者：简单而强大的大分子可视化。Martz，E.，《生物化学科学趋势》。27:107-9. 2002公共医学11852249由开发埃里克·马茨在美国阿默斯特马萨诸塞大学。
- ↑ 动态图像作者：美国杜克大学David和Jane Richardson。
- ↑5 5.1 高分子可视化历史
- ↑有关在Proteopedia中使用MAGE applet的示例页面，请参阅血红蛋白和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶
- ↑7 7.1核苷单磷酸激酶催化循环期间结构变化的电影。冯海恩、施劳德勒和舒尔茨，结构3:483-901995。公共医学7663945
- ↑这个蛋白质变形器网站今天很难查看，因为它需要过时的软件，并且尚未得到维护。后来被蛋白质探索者显示变形(morphs.proteinexplorer.org).
- ↑Vonrhein C，Schlauderer GJ，Schulz GE。一磷酸核苷激酶催化循环期间结构变化的电影。结构。1995年5月15日；3(5):483-90. PMID：7663945
- ↑分子可视化软件在世界分子可视化资源索引中分为免费和商业两类，摩尔粘度指数。组织.
- ↑Theis K，Gong P，Martin CT。t7 RNA聚合酶起始和延伸复合物的拓扑和构象分析表明了一种新的扭曲。生物化学。2004年10月12日；43(40):12709-15. PMID：15461442数字对象标识：http://dx.doi.org/10.1021/bi0486987
- ↑ PDB工具Eric Martz提供了一个简单的线性插值变形程序。此程序仅在MS-DOS（在MS Windows下）下运行，但包含C源代码。内可用蛋白质探索者是分步说明用于制作线性插值变形。
