手把手教你用 Pymol, Chimera 预测点突变蛋白结构！

单个氨基酸的变化有可能会剧烈的影响蛋白的活性和功能，除了通过 X-ray 实验的方法以外。用软件来预测点突变蛋白的结构，解释其功能的变化 / 无变化，是最常见的蛋白结构分析的工具。

接下来我们会通过一个实际的点突变例子来介绍操作方法。

范例蛋白名称：BARNASE, 点突变 E73W

WT 蛋白 PDB 编号：1b27

序列：

>1b27:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE

AQVINTFDGVADYLQTYHKLPDNYITKSEAQALGWVASKGNLADVAPGKSIGGDIFSNREGKLPGKSGRTWREADINYTSGFRNSDRILYSSDWLIYKTTDHYQTFTKIR

一、用 Pymol 预测点突变蛋白

1. Pymol 打开 1b27.pdb 文件，依次操作：Hide -> everything; show -> cartoon; display->sequence, 可以看到：

2. 找到 Chain A #73, 谷氨酸 Glu E。依次操作，选择氨基酸 E; 点 show->stick; 点 Color->red 标红；可以看到该氨基酸 E 在 Pymol 被标记成红色而且可以显示侧链：

3. 点 Wizard->Mutagenesis; 点 NO-MUTATION, 选择色氨酸 Trp W；Pick-#73 Glu, Color->yellow, 可以看到黄色是点突变以后 Trp, 红色是原来的 Glu. 点击 Apply 保存就只剩下黄色的 Trp 了。

可以看到，做完点突变后，周围残基并没有发生构象上的变化，意味着 pymol 不会自动做能量最小化处理。

二、 用 Chimera 做结构点突变

Chimera 相比 pymol 功能更强大，做点突变可以根据氨基酸不同方向的概率（实验数据）来选择不同的点突变氨基酸结构状态。并且后期通过动力学模拟，来调整点突变以后其他氨基酸结构的变化。

1. file->fetch by ID-> 输入 1b27, fetch 蛋白结构；

然后点 tool->sequence->sequence-> 选择 chain A->show，可以看到 Chain A 的序列，鼠标左键按住 Glu E，右键可以看到：

2. 然后 action->atom/bonds->show, 把氨基酸展示出来

Select->zone->5A 范围 -> 打钩 ->OK, 把目标氨基酸周围的小分子和氨基酸也展示出来，然后还是选择 Glu E，可以看到：

3. 接下来做点突变到 TRP：Tools->Structure editing->Rotamers-> 选择 TRP ->Apply

这时候会出来很多种可能的结构，然后有实验统计的概率，选择一个不会碰撞到其他氨基酸的，可能性最大的结构，第一个看起来不错，就是它了：

点击 APPLY:

可以很明显的看到周围残基的取向稍有变化，也就是突变后 chimera 会对模型自动进行能量最小化处理。

另外，对于非标准氨基酸的突变，需要用到一个插件：SwissSidechain Chimera plugin

插件地址：https://swisssidechain.ch/visualization/chimera.php

最后，对于上述操作，其实只用一行命令就可以搞定：swapaa Trp #0:73

表示第一个模型（#0）的 73 位氨基酸（:73）替换成 Trp