タンパク質の立体構造の検索

1. タンパク質の立体構造の検索 PDB （Protein Data Bank） タンパク質の構造データに関するデータベース． 構造データに関する世界で唯一の機関． 54,298個の立体構造データが登録されている． http://www.rcsb.org/pdb/

2. Protein Data Bank http://www.rcsb.org/pdb/

3. Growth of Protein Data Bank 登録された立体構造データ数の推移 ・結晶化技術の向上 ・タンパク質3000プロジェクトなど

4. タンパク質の機能 　・構造タンパク質 　　（細胞骨格，表皮ケラチン，ウイルスのキャプシドタンパク質など） 　・輸送・貯蔵タンパク質 　　（ヘモグロビン・ミオグロビン，フェリチンなど） 　・制御タンパク質 　　（ホルモン，シグナル伝達系分子，転写因子など） 　・免疫系タンパク質 　　（免疫グロブリンなど） 　・酵素タンパク質 など多様.

5. 酵素（タンパク質）の反応 触媒反応機構をもつタンパク質. 酵素（E）　＋　基質（S）　→　酵素基質複合体（ES）　→　 酵素（E）　＋　生成物（P） リゾチーム 細菌の細胞壁（ペプチドグリカン；N-アセチル-D-グルコサミン；NAG）

6. 酵素複合体の立体構造を予測する ～高能率の酵素の作製を目指して～ A B A F B E C D C D E F ＋ 細胞壁の糖重合体 （糖の6量体） コンピュータ上で予測された 酵素基質複合体の構造 リゾチーム コンピュータにより基質と相互作用すると推測された アミノ酸残基（赤：実験と一致したアミノ酸残基） A Arg73 Asp101 Gly102 Asn103 B Asp101 Asn103 C Asn59 Trp62 Trp63 Asn103 Ala107 D Glu35 Asn46 Asp52 Leu56 Gln57 Ala107 Val109 実験からは分からない がコンピュータから推測 されたもの E Glu35 Asn44 Arg45 Asn46 Asp52 Gln57 Ala110 F Lys33 Phe34 Glu35 Asn37 Asn44 Arg45 Asn46 Arg114

7. 酵素複合体の立体構造を予測する ～製薬分野への応用～ ● Ｘ 　薬の候補となる物質 （絞り込まれて少なくなった） 薬の候補となる物質（基質） コンピューターを使って薬の候補となる物質を絞り込む　　 病気の原因になるタンパク質（酵素） どれに結合するのか分からない 結合するものを効率よく探す ことができる

8. タンパク質の立体構造データの入手（1） http://www.rcsb.org/pdb/ lysozyme

9. タンパク質の立体構造データの入手（2） 1,093個が解析されている

10. タンパク質の立体構造データの入手（3） http://www.rcsb.org/pdb/ 1HEL

11. タンパク質の立体構造データの入手（4） ファイル内容を見る

12. タンパク質の立体構造データの入手（5） アクセッション番号: accession 定義: header タンパク質名:source 由来（生物種）: organism 参考論文: reference 解像度：resolution

13. タンパク質の立体構造データの入手（6） アミノ酸配列：SEQRES 二次構造：HELIX,SHEET

14. タンパク質の立体構造データの入手（7） タンパク質の原子座標：ATOM

15. タンパク質の立体構造データの入手（8） データを入手する

16. タンパク質の立体構造データの入手（9） ディスクに保存する デスクトップにpdbというフォルダを作成し，保存する

17. タンパク質の立体構造データの入手（10） 1HEL

18. タンパク質立体構造ビューア ・Rasmol http://www.umass.edu/microbio/rasmol/ ・Cn3D http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/ CN3D/cn3d.shtml ・Chime http://www.umass.edu/microbio/chime/ ・Molscript http://www.avatar.se/molscript/ ・ProteinExplorer http://www.umass.edu/microbio/chime/pe_beta/pe/ protexpl/frntdoo2.htm etc.

19. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（1）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（1） http://www.umass.edu/microbio/rasmol/

20. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（2）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（2）

21. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（3）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（3）

22. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（4）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（4）

23. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（5）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（5）

24. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（6）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（6）

25. タンパク質の立体構造の表示（1） Wireframe表示

26. タンパク質の立体構造の表示（2） Spacefill表示（CPKモデル）

27. タンパク質の立体構造の表示（3） βシート αへリックス ターン Display / Ribbons Colours / Structure Ribbon表示（リボンモデル）

28. 酵素（タンパク質）の反応 触媒反応機構をもつタンパク質. 酵素（E）　＋　基質（S）　→　酵素基質複合体（ES）　→　 酵素（E）　＋　生成物（P） リゾチーム 細菌の細胞壁（ペプチドグリカン；N-アセチル-D-グルコサミン；NAG）

29. 酵素基質複合体の立体構造データの入手（1）酵素基質複合体の立体構造データの入手（1） http://www.rcsb.org/pdb/ 1HEW

30. 酵素基質複合体の立体構造データの入手（2）酵素基質複合体の立体構造データの入手（2）

31. 酵素と酵素基質複合体の比較 酵素基質複合体 （リゾチーム＋NAG3量体） 酵素（リゾチーム） 1HEL 1HEW

32. タンパク質は揺らいでいる タンパク質の揺らぎを基準振動解析によって計算し，データベース化したもの．

33. ProMode http://cube.socs.waseda.ac.jp/pages/jsp/ja/index.jsp 4lytA

34. 複合体予測プログラム ・ASEDock（MOE） ・Autodock 　　・Autotors；リガンドの座標と自由に回転する軸となる結合の定義 　　・Autogrid；相互作用のエネルギーの三次元の格子を作成 　　・Autodock；結合シミュレーション ・DOCK 　　結合部位の原子を一群のサイトポイント（球体）に変える ・LIGIN ・FTDock ・GRAMM ・FlexX など

35. 酵素複合体の立体構造を予測する ～高能率の酵素の作製を目指して～ A B A F B E C D C D E F ＋ 細胞壁の糖重合体 （糖の6量体） コンピュータ上で予測された 酵素基質複合体の構造 リゾチーム コンピュータにより基質と相互作用すると推測された アミノ酸残基（赤：実験と一致したアミノ酸残基） A Arg73 Asp101 Gly102 Asn103 B Asp101 Asn103 C Asn59 Trp62 Trp63 Asn103 Ala107 D Glu35 Asn46 Asp52 Leu56 Gln57 Ala107 Val109 実験からは分からない がコンピュータから推測 されたもの E Glu35 Asn44 Arg45 Asn46 Asp52 Gln57 Ala110 F Lys33 Phe34 Glu35 Asn37 Asn44 Arg45 Asn46 Arg114

36. 酵素複合体の立体構造を予測する ～製薬分野への応用～ ● Ｘ 　薬の候補となる物質 （絞り込まれて少なくなった） 薬の候補となる物質（基質） コンピューターを使って薬の候補となる物質を絞り込む　　 病気の原因になるタンパク質（酵素） どれに結合するのか分からない 結合するものを効率よく探す ことができる

37. タンパク質の立体構造データの入手（4） ファイル内容を見る

38. タンパク質の立体構造データの入手（8） データを入手する デスクトップに保存する。 他の場所に保存されてしまったら、 Finderでファイルをデスクトップに移動する。

39. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（1）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（1） http://www.openrasmol.org/software/RasMol_2.7.3.MAC/index.html 旧バージョン 最新は2.7.5 デスクトップに保存し、ダブルクリックで解凍する。 必要に応じてHelp Fileも。

40. タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（2）タンパク質立体構造ビューア（Rasmol）の入手（2） ターミナルを開いて、 ・デスクトップフォルダに移動 ・rasmol_32BIT ファイルを「実行可能」にする アイコンが “exec” に変わったら、それをダブルクリックして実行する。

41. タンパク質の立体構造の表示(1) 立体構造を表示させるには、”rasmol>”というプロンプトに対して、 “load Desktop/1HEL.pdb”のように load コマンドを打つ。 初期状態では、ワイヤーフレームモデル、CPKカラー（原子種毎の色分け）で表示される。 分子の向きはマウスドラッグで変更できる。

42. タンパク質の立体構造の表示(2) メニューバーをクリックして、Display→Ribbons、Colours→Structure を選ぶ。 αヘリックスは赤、βシート（βストランド）は黄色で表示される。

43. タンパク質の立体構造の表示(3) Glu35 と Asp52 が触媒残基なので、目立つようにしてみる。 select コマンドで Glu35 と Asp52 を選択し、Display→Ball&Stick 残基全体が赤や黄色になり原子種がわからないので、Colours→CPK 選択した残基（原子）だけに変更が反映される。全原子を選択するには select all。 マウスで原子をクリックすると、 その番号、原子種、残基名等が表示される。

44. タンパク質の立体構造の表示(4) 触媒残基間の距離は、異種生物の lysozyme であってもほぼ等しく保存されている。 触媒残基にあるカルボキシル基の最近接酸素間の距離を測定してみる。 メニューバーから Settings→Pick Distance を選び、注目する２原子をクリックする。 ここでは目視で近い酸素（赤球）をクリックする（順序はどちらでもいい）。 クリックした原子が点線で結ばれ、 原子間の距離が表示される（単位:Å）。 コマンドラインにも数値が出力される。 絵が小さくて見づらければ zoom 200 等 とコマンドを打って拡大する。 元に戻すには zoom 100。 また、元通りクリックした原子名が分かるようにするには、Settings→Pick Ident。 その他、結合角、二面角、ラベル等いろいろなモードがある。

45. レポート ニワトリリゾチームの立体構造を、二次構造で色分けした上で、 概観や触媒残基が分かりやすいように表示モデルやアングルを工夫して、画像をプリントアウトする。 （表示モデルは講義で試した通りでもよい） 画像取得にはMacOSのスナップショット機能か、Rasmol メニューバーの Export を使う。 トナーやインクの節約のために、background white コマンドで背景を白くすることが望ましい。 出力された画像ファイルは、プレビュー等のソフトで読み込んでプリントアウトする。 なお、立体構造の表示には Rasmol に限らずどのビューアを使ってもよい。 （Windows の Rastop が使いやすいかも？）