PDB Fayllarını Anlamaq: Struktur Biologiya üçün Əhəmiyyətli Bir Vasitə

Struktur biologiya sahəsində Protein Məlumat Bankı (PDB) elm adamları və tədqiqatçılar üçün dəyərli mənbə rolunu oynayır. Zülalların və digər makromolekulların üçölçülü (3D) strukturlarının saxlanması üçün standartlaşdırılmış format olan PDB faylları onların atom koordinatlarının aydınlaşdırılmasında və funksiyaları haqqında təsəvvürlərin təmin edilməsində mühüm rol oynayır. Bu yazıda biz PDB faylları dünyasına nəzər salaraq, onların əhəmiyyətini, strukturunu və elmi ictimaiyyətə təqdim etdikləri bilik zənginliyini araşdıracağıq.

PDB Faylları nədir?

PDB faylları atom koordinatları, bağ uzunluqları, bucaqlar və makromolekulun 3D strukturunu təyin edən digər vacib məlumatlar haqqında ətraflı məlumatı ehtiva edən düz mətn fayllarıdır. Onlar struktur məlumatları saxlamaq və bölüşmək, təkrar istehsal imkanlarını təmin etmək və qlobal miqyasda tədqiqatçılar arasında əməkdaşlığı asanlaşdırmaq üçün geniş istifadə olunur.

PDB faylının strukturu - PDB fayl formatı

Tipik bir PDB faylı hər biri PDB Fayl Formatında müəyyən məqsədə xidmət edən çoxsaylı bölmələrdən ibarətdir. Əsas bölmələrə aşağıdakılar daxildir:

• Header: Contains general information about the structure, such as the title, author, and publication details.
• Koordinat bölməsi: Atom koordinatlarını və element növü, doluluq və temperatur faktoru daxil olmaqla əlaqəli məlumatları təqdim edir.
• Əlaqə bölməsi: Atomlar, bağlar və makromolekulun ümumi topologiyası arasındakı əlaqəni müəyyən edir.
• Annotasiya bölməsi: Zülalın ikinci dərəcəli struktur elementləri, liqandlar və strukturda mövcud olan həlledici molekulları kimi əlavə təfərrüatlar təmin edir.
• Kristalloqrafik bölmə: Strukturun müəyyən edilməsi üçün istifadə olunan kristalloqrafik parametrlər haqqında məlumatı (əgər varsa) ehtiva edir.
• ** Qeydlər bölməsi:** Strukturla bağlı əlavə şərh və ya qeydlər üçün imkan verir.

PDB fayllarının əhəmiyyəti:

PDB faylları struktur biologiyanın təməl daşı kimi xidmət edir və çoxsaylı üstünlüklər təklif edir:

• Struktur Analiz: PDB faylları tədqiqatçılara zülalların və makromolekulların 3D strukturunu öyrənməyə imkan verir, onların qatlanması, funksiyası və digər molekullarla qarşılıqlı əlaqəsi haqqında mühüm anlayışlar təqdim edir.
• Drug Discovery: PDB faylları alimlərə zülalların bağlanma yerlərini vizuallaşdırmağa və onların fəaliyyətini modulyasiya edə bilən dizayn molekullarına imkan verməklə potensial dərman hədəflərinin müəyyən edilməsinə kömək edir.
• Müqayisəli Tədqiqatlar: PDB faylları əlaqəli strukturların müqayisəli təhlilini asanlaşdırır, tədqiqatçılara təkamül əlaqələrini anlamağa və qorunmuş struktur motivləri müəyyən etməyə kömək edir.
• Validasiya və Keyfiyyətə Nəzarət: PDB fayllarının mövcudluğu şəffaflığı və elmi sərtliyi təşviq edərək dərc edilmiş strukturların müstəqil yoxlanılmasına və yoxlanılmasına imkan verir.
• Təhsil və Təcrübə: PDB faylları tələbələrə və geniş ictimaiyyətə molekulyar strukturların mürəkkəb dünyasını araşdırmağa və vizuallaşdırmağa imkan verən əvəzsiz təhsil alətləridir.

PDB fayllarının müxtəlif növləri:

PDB (Protein Məlumat Bankı) faylları adətən biomolekullar, ilk növbədə zülallar və nuklein turşuları haqqında üçölçülü struktur məlumatlarını saxlamaq üçün istifadə olunur. Hər biri müəyyən bir məqsədə xidmət edən bir neçə müxtəlif növ PDB faylı var. Budur ümumi növlərdən bəziləri:

• ** Structure Determination PDB (mmCIF formatı):** Bu, biomolekulların eksperimental olaraq müəyyən edilmiş üçölçülü strukturlarını təmsil etmək üçün istifadə edilən standart PDB fayl formatıdır. O, molekuldakı atomların atom koordinatları haqqında məlumatları, həmçinin strukturun müəyyən edilməsi prosesi ilə bağlı metaməlumatları ehtiva edir.
• Model PDB: Bəzi hallarda biomolekulyar strukturun çoxsaylı modeli və ya uyğunluğu mövcuddur. Model PDB faylları hər birinin öz atom koordinatları dəsti olan strukturlar ansamblını təmsil edir. Bu fayllar molekulun dinamikasını və ya alternativ uyğunlaşmalarını təmsil etmək üçün istifadə olunur.
• NMR PDB: Nüvə Maqnit Rezonansı (NMR) PDB faylları xüsusi olaraq NMR spektroskopiyasından istifadə etməklə müəyyən edilmiş strukturları təmsil edir. NMR təcrübələri molekuldakı atomlar arasındakı məsafələr haqqında məlumat verir və NMR PDB faylları bu məsafələr, həmçinin əldə edilmiş atom koordinatları haqqında məlumatları ehtiva edir.
• Kiçik Molekul PDB: PDB faylları əsasən zülallar və nuklein turşuları üçün istifadə olunsa da, onlar həmçinin dərman birləşmələri və ya liqandlar kimi kiçik molekullar haqqında struktur məlumatları saxlaya bilərlər. Kiçik molekul PDB faylları kiçik molekulun atom koordinatlarını və hər hansı əlaqəli metaməlumatları ehtiva edir.
• Eksperimental Məlumat PDB: PDB faylları həmçinin biomolekulyar strukturla bağlı eksperimental məlumatları, məsələn, rentgen kristalloqrafiya təcrübələrindən əldə edilən difraksiya məlumatları saxlaya bilər. Bu fayllar eksperimental quraşdırma və müşahidə olunan difraksiya nümunələri haqqında məlumatları ehtiva edir.
• Annotasiya edilmiş PDB: Annotasiya edilmiş PDB faylları atom koordinatlarından kənar əlavə məlumatları ehtiva edir. Onlara protein domenləri, ikinci dərəcəli struktur elementləri, liqand bağlayan yerlər və molekulun digər funksional və ya struktur xüsusiyyətləri haqqında qeydlər daxil ola bilər.
• Homologiya/Müqayisəli Modelləşdirmə PDB Faylları: Homologiya və ya müqayisəli modelləşdirmə PDB faylları zülalın və ya makromolekulun strukturunun məlum eksperimental olaraq müəyyən edilmiş struktura ardıcıl oxşarlığına əsaslanaraq proqnozlaşdırıldığı zaman yaradılır. Bu fayllar eksperimental strukturları olmayan zülalların struktur xüsusiyyətləri və potensial funksiyaları haqqında dəyərli fikirlər təqdim edir.
• Nəzəri/Hesablama PDB Faylları: Nəzəri və ya hesablama PDB faylları molekulyar dinamika simulyasiyaları və ya zülal strukturunun proqnozlaşdırılması alqoritmləri kimi hesablama metodlarından istifadə etməklə yaradılır. Bu fayllar proqnozlaşdırılan strukturları təmsil edir və zülal dinamikası, qatlama yolları və liqandlar və ya digər molekullarla qarşılıqlı əlaqə haqqında dəyərli məlumat verə bilər.
• Hibrid PDB Faylları: Hibrid PDB faylları makromolekulun strukturunun daha əhatəli təsvirini təmin etmək üçün eksperimental və hesablama məlumatları birləşdirir. Onlar həm eksperimental, həm də proqnozlaşdırılan xüsusiyyətləri tutan hibrid strukturlar yaratmaq üçün hesablama modelləri ilə aşağı ayırdetmə qabiliyyətinə malik elektron mikroskopiya şəkilləri və ya kiçik bucaqlı rentgen səpilməsi (SAXS) məlumatları kimi eksperimental məlumatları birləşdirir.
• Liqanda Bağlı PDB Faylları: Liqanda bağlı PDB faylları dərmanlar, kofaktorlar və ya substratlar kimi kiçik molekullarla kompleksləşmiş zülalların və ya makromolekulların 3D strukturlarını ehtiva edir. Bu fayllar zülal-liqand qarşılıqlı əlaqəsi haqqında mühüm fikirlər təqdim edir, dərmanların bağlanması və rasional dərman dizaynının başa düşülməsinə kömək edir.
• Ansamblı PDB Faylları: Ansambl PDB faylları makromolekulun xas çevikliyini və ya dinamikasını ələ keçirən strukturca oxşar modellərin toplusunu təmsil edir. Onlar tez-tez konformasiya dəyişikliklərini, zülal dinamikasını öyrənmək və ya molekulun müxtəlif funksional vəziyyətlərini təmsil etmək üçün istifadə olunur.

RCSB PDB

RCSB PDB (Struktur Bioinformatika Zülal Məlumat Bankı üçün Tədqiqat Əməkdaşlığı) bioloji makromolekulların 3D struktur məlumatlarına daxil olmaq və araşdırmaq üçün geniş tanınan və nüfuzlu resursdur. O, PDB məlumatlarının əsas deposudur və struktur biologiya tədqiqatları üçün mərkəzi mərkəz kimi xidmət edir.

RCSB PDB haqqında bəzi əsas xüsusiyyətlər və məlumatlar bunlardır:

• Məlumat Anbarı: RCSB PDB verilənlər bazası zülalların, nuklein turşularının və mürəkkəb birləşmələrin eksperimental olaraq müəyyən edilmiş 3D strukturları üçün bir anbar kimi xidmət edir. O, atom koordinatlarını, eksperimental məlumatları, annotasiyaları və digər müvafiq məlumatları ehtiva edən PDB fayllarının geniş kolleksiyasını saxlayır.

• Qlobal Əməkdaşlıq: RCSB PDB, Rutgers Universiteti, Kaliforniya Universiteti, San Dieqo, Kaliforniya Universiteti, San Fransisko və Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu (NIST) daxil olmaqla, bir çox qurumları əhatə edən birgə səydir. Əməkdaşlıq PDB verilənlər bazasının davamlı saxlanmasını, saxlanmasını və əlçatanlığını təmin edir.

• ** Əlçatanlıq və İstifadəçi İnterfeysi:** RCSB PDB tədqiqatçılara, alimlərə və geniş ictimaiyyətə struktur məlumatları axtarmağa, nəzərdən keçirməyə və əldə etməyə imkan verən istifadəçi dostu veb interfeysi (www.rcsb.org) təmin edir. Veb sayt müxtəlif axtarış seçimləri, qabaqcıl sorğu imkanları və vizuallaşdırma və təhlil üçün alətlər təklif edir.

• Məlumat İnteqrasiyası və Çarpaz İstinad: RCSB PDB müxtəlif mənbələrdən və verilənlər bazalarından məlumatları birləşdirir və istifadəçilərə xüsusi strukturlarla bağlı əlavə məlumat əldə etməyə imkan verir. O, UniProt, Pfam, Gen Ontology və PubMed kimi digər bioloji verilənlər bazalarına çarpaz istinad edir və makromolekulların struktur və funksional aspektlərinin hərtərəfli görünüşünü təmin edir.

• Alətlər və Resurslar: RCSB PDB veb-saytı struktur təhlili və vizuallaşdırmanı dəstəkləmək üçün bir sıra alətlər və resurslar təklif edir. Bunlara molekulyar izləyicilər, uyğunlaşdırma alətləri, ardıcıllıqla axtarış alətləri və doğrulama xidmətləri daxildir. Bu resurslar struktur məlumatların tədqiqini və şərhini asanlaşdırır.

• Təhsil və Təcrübə: RCSB PDB təhsil və təbliğat təşəbbüslərini təşviq etməyə sadiqdir. Veb sayt tələbələrə, pedaqoqlara və geniş ictimaiyyətə molekulyar strukturları və onların əhəmiyyətini başa düşməkdə kömək etmək üçün təhsil resursları, dərs vəsaitləri və sinif materialları təqdim edir.

• Continuous Updates and Improvements: RCSB PDB mövcud olduqdan sonra yeni strukturlarla daim yenilənir. O, saxlanılan məlumatların düzgünlüyünü və bütövlüyünü təmin etmək üçün müntəzəm texniki xidmət və keyfiyyətə nəzarət proseslərindən keçir. Elmi tədqiqatları dəstəkləmək üçün məlumatların yerləşdirilməsi, kurasiyası və inteqrasiyasını təkmilləşdirmək üçün də səylər göstərilir.

RCSB PDB bioloji makromolekulların 3D struktur məlumatlarına açıq çıxışı təmin edən hərtərəfli resursdur. Onun missiyası tədqiqatı asanlaşdırmaq, biliklərin kəşfini təmin etmək və struktur biologiya sahəsində elmi əməkdaşlığı təşviq etməkdir.

PDB verilənlər bazasının əhəmiyyəti

PDB verilənlər bazası tədqiqatçılara makromolekulların mürəkkəb dünyası haqqında zəngin məlumat və anlayışlar təqdim edərək, 3D struktur verilənləri üçün mərkəzləşdirilmiş repozitor kimi xidmət edir. Onun əhəmiyyətini aşağıdakı kimi ümumiləşdirmək olar:

• Struktur-Funksiya Əlaqəsi: PDB verilənlər bazası tədqiqatçılara zülalların və digər makromolekulların strukturu və funksiyası arasındakı əlaqəni aşkar etməyə imkan verir. 3D atom koordinatlarını öyrənməklə tədqiqatçılar bioloji proseslərin əsasını təşkil edən mexanizmlər və hüceyrə funksiyaları haqqında dəyərli fikirlər əldə edə bilərlər.
• Dərmanların kəşfi və dizaynı: PDB verilənlər bazası zülalların bağlanma yerləri və onların kiçik molekullarla qarşılıqlı əlaqəsi haqqında ətraflı məlumat verməklə dərmanların kəşfinə və dizaynına kömək edir. Bu bilik tədqiqatçılara xəstəliklərdə iştirak edən xüsusi zülalları hədəf alan yeni terapevtik agentlər hazırlamağa imkan verir.
• Müqayisəli Təhlil və Təkamül Tədqiqatları: PDB verilənlər bazası qorunan struktur motivlərin və təkamül əlaqələrinin müəyyən edilməsini asanlaşdıraraq, əlaqəli strukturların müqayisəli təhlilinə imkan verir. Bu bilik tədqiqatçılara müxtəlif zülal ailələri arasındakı əlaqələri və onların funksional təsirlərini anlamağa kömək edir.
• Validasiya və Keyfiyyətə Nəzarət: PDB verilənlər bazasının mövcudluğu nəşr edilmiş strukturların müstəqil təsdiqinə və yoxlanmasına imkan verməklə şəffaflığı və elmi ciddiliyi təşviq edir. Tədqiqatçılar dəqiqlik və etibarlılığı təmin edərək, öz eksperimental və ya hesablama modellərini mövcud strukturlarla çarpaz istinad edə və müqayisə edə bilərlər.

PDB verilənlər bazasının təşkili və məzmunu:

PDB verilənlər bazası iyerarxik struktur əsasında təşkil olunub və hər bir giriş unikal 3D strukturunu təmsil edir. PDB verilənlər bazasının əsas komponentlərinə aşağıdakılar daxildir:

• PDB ID and Entry Information: Each entry in the PDB database is assigned a unique identifier known as the PDB ID. This ID is used to access and reference specific structures within the database. Entry information includes details about the deposition date, authors, experimental techniques employed, and associated publication-azs.
• Atom Koordinatları və Metadata: PDB verilənlər bazasındakı hər bir girişin nüvəsi makromolekuldakı hər bir atomun məkan mövqelərini təmin edən atom koordinat bölməsidir. Bu bölmə B faktorları (temperatur amilləri), doluluq dəyərləri və əlavə eksperimental məlumatlar kimi metadata ilə müşayiət olunur.
• Funksional Annotasiyalar və Bioloji Kontekst: PDB verilənlər bazası funksional annotasiyalar, liqandlar, kofaktorlar və qarşılıqlı tərəfdaşlar daxil olmaqla, hər bir strukturun bioloji konteksti ilə bağlı məlumatları ehtiva edir. Bu cür təfərrüatlar strukturun bioloji proseslərdəki rolu haqqında anlayışımızı gücləndirir.
• Məlumatların İnteqrasiyası və Çarpaz İstinad: PDB verilənlər bazası digər bioloji verilənlər bazaları ilə inteqrasiya edərək tədqiqatçılara əlavə müvafiq məlumat əldə etməyə imkan verir. UniProt, Gen Ontologiyası və Enzim Komissiyası kimi verilənlər bazalarına çarpaz istinadlar istifadəçilərə zülal ardıcıllığı, funksional annotasiyalar və əlaqəli ədəbiyyat haqqında hərtərəfli məlumat verir.

PDB verilənlər bazasına daxil olmaq və istifadə etmək:

Tədqiqatçılar PDB verilənlər bazasına müxtəlif vasitələrlə, o cümlədən strukturların axtarışı, nəzərdən keçirilməsi və əldə edilməsi üçün istifadəçi dostu interfeysi təmin edən rəsmi vebsayt (www.rcsb.org) vasitəsilə daxil ola bilərlər. Bundan əlavə, həm veb-əsaslı, həm də müstəqil bir neçə proqram alətləri və resursları PDB məlumatlarının dərin təhlilinə, vizuallaşdırılmasına və manipulyasiyasına imkan verir.

Bu vasitələr tədqiqatçılara imkan verir:

• Search for Structures: Users can search for specific structures based on PDB IDs, keywords, author names, or sequence similarity to known structures.
• Strukturların vizuallaşdırılması: Molekulyar vizuallaşdırma proqramı tədqiqatçılara 3D strukturları vizuallaşdırmağa və tədqiq etməyə imkan verir, atomların, ikinci dərəcəli struktur elementlərinin və zülal-liqand qarşılıqlı təsirlərinin məkan tənzimlənməsini daha yaxşı başa düşməyə imkan verir.
• ** Strukturları Analiz Et və Müqayisə et:** Müxtəlif analiz alətləri strukturları müqayisə etmək və təhlil etmək, qorunmuş motivləri müəyyən etmək, struktur oxşarlıqları aşkar etmək və makromolekulun müxtəlif vəziyyətləri arasında struktur dəyişikliklərini qiymətləndirməkdə kömək edir.
• Dəstəkləyici Məlumatları Alın: Tədqiqatçılar əlaqədar eksperimental məlumatlara, nəşrlərə və PDB verilənlər bazasındakı xüsusi strukturlarla bağlı əlavə məlumatlara daxil ola bilərlər.

PDB verilənlər bazası eksperimental texnika və hesablama metodlarında irəliləyişlərlə ayaqlaşaraq təkamül və genişlənməyə davam edir. Krio-elektron mikroskopiya (krio-EM) və inteqrativ struktur biologiya yanaşmaları kimi yeni texnologiyalar PDB verilənlər bazasında saxlanılan yüksək rezolyusiyaya malik strukturların sayının artmasına kömək edir. Bundan əlavə, məlumatların inteqrasiyasını təkmilləşdirmək, məlumatların keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq və verilənlər bazası daxilində funksional və kontekstual məlumatların inteqrasiyasını asanlaşdırmaq üçün səylər davam etdirilir.

Protein Məlumat Bankı (PDB) verilənlər bazası tədqiqatçılara makromolekulların eksperimental olaraq müəyyən edilmiş 3D strukturlarının geniş kolleksiyasını təqdim edən struktur biologiyanın təməl daşı kimi dayanır. Zəngin məlumat və çarpaz istinad imkanları vasitəsilə PDB verilənlər bazası elmi kəşfləri gücləndirir, dərmanların hazırlanmasını asanlaşdırır və dünya üzrə tədqiqatçılar arasında əməkdaşlığı gücləndirir. Struktur biologiya sahəsi inkişaf etdikcə, PDB verilənlər bazası molekulyar strukturların sirlərini açan və müxtəlif elmi fənlər üzrə sıçrayışları kataliz edən əvəzsiz mənbə olaraq qalacaq.

PDB fayllarını necə açmaq olar?

PDB fayllarını açmaq üçün siz molekulyar vizuallaşdırma və təhlil üçün xüsusi olaraq hazırlanmış müxtəlif proqram alətləri və izləyicilərdən istifadə edə bilərsiniz. Tez-tez istifadə olunan bir neçə variant:

• PyMOL: PyMOL, PDB fayllarını açmağa və təhlil etməyə imkan verən məşhur molekulyar vizuallaşdırma proqramıdır. O, molekulyar strukturları vizuallaşdırmaq və manipulyasiya etmək üçün geniş funksiyaları olan istifadəçi dostu interfeys təklif edir. PyMOL həm açıq mənbə, həm də kommersiya versiyaları kimi mövcuddur.

• Ximera: UCSF Chimera molekulyar strukturların vizuallaşdırılması və təhlili üçün güclü proqram vasitəsidir. PDB faylları da daxil olmaqla geniş çeşidli fayl formatlarını dəstəkləyir. Chimera molekulyar qrafika, modellərin qurulması və makromolekulların interaktiv tədqiqi üçün hərtərəfli alətlər dəsti təqdim edir.

• VMD (Vizual Molekulyar Dinamika): VMD, digər formatlar arasında PDB fayllarını dəstəkləyən molekulyar modelləşdirmə və simulyasiya proqramıdır. Xüsusilə biomolekulyar sistemləri öyrənmək və molekulyar dinamika simulyasiyalarını həyata keçirmək üçün faydalıdır. VMD qabaqcıl vizuallaşdırma imkanları və analiz alətləri təklif edir.

• Jmol: Jmol, PDB fayllarını aça bilən açıq mənbəli Java əsaslı molekulyar görüntüləyicidir. O, molekulyar strukturların interaktiv vizuallaşdırılmasına imkan verir və məsafələrin böyüdülməsi, fırlanması və ölçülməsi funksiyalarını təmin edir. Jmol müstəqil bir proqram kimi istifadə edilə bilər və ya veb saytlara daxil edilə bilər.

• UCSF ChimeraX: ChimeraX, Chimera arxasında eyni komanda tərəfindən hazırlanmış növbəti nəsil molekulyar vizuallaşdırma proqramıdır. O, təkmilləşdirilmiş istifadəçi interfeysi, təkmilləşdirilmiş vizuallaşdırma imkanları və geniş miqyaslı verilənlər bazası üçün dəstək təmin edir. ChimeraX PDB fayllarını açmağa qadirdir və struktur təhlili və vizuallaşdırma üçün qabaqcıl alətlər təklif edir.

• Biovia Discovery Studio: Biovia Discovery Studio molekulyar biologiya tədqiqatlarında geniş istifadə olunan modelləşdirmə və simulyasiya vasitələrinin hərtərəfli dəstidir. O, PDB fayllarının açılmasını və təhlilini dəstəkləyir və bir sıra molekulyar modelləşdirmə və analiz imkanları təklif edir.

Nəticə:

Eksperimental strukturlardan proqnozlaşdırılan modellərə qədər olan PDB fayllarının müxtəlifliyi struktur biologiya sahəsində tədqiqatçılar üçün geniş bilik spektri təklif edir. İstər eksperimental üsullardan, istərsə də hesablama metodlarından əldə edilmiş olsun, bu fayllar zülal strukturlarının öyrənilməsi, funksional mexanizmlərin aydınlaşdırılması və dərmanların kəşfi səylərinin asanlaşdırılması üçün zəmin yaradır. Müxtəlif növ PDB fayllarının mövcudluğu və istifadəsi struktur biologiyanın inkişafına kömək edir və müxtəlif elmi fənlərə dərin təsir göstərir.