Protein Data Bank

A Protein Data Bank (PDB)^[1] nagy biomolekulák, például fehérjék és nukleinsavak háromdimenziós szerkezeti adatait tartalmazó adatbázis. A jellemzően röntgenkrisztallográfiával, NMR-spektroszkópiával vagy krioelektronmikroszkópiával szerzett, biológusok és biokémikusok által gyűjtött adat szabadon elérhető az interneten tagszervezetei, a PDBe,^[2] a PDBj,^[3] az RCSB^[4] és a BMRB^[5] útján. A PDB-t a Worldwide Protein Data Bank (wwPDB) felügyeli.

Protein Data Bank
Vállalkozás típusa	krisztallográfiai adatbázis
Oldal típusa	krisztallográfiai adatbázis
Elérhető nyelv(ek)	angol
Alapítva	1971
URL	www.wwpdb.org
A Wikimédia Commons tartalmaz Protein Data Bank témájú médiaállományokat.

A PDB fontos a szerkezeti biológia területein, például a szerkezeti genomikában. A legtöbb nagy tudományos folyóirat és társaság a kutatóknak megköveteli a szerkezeti adatok elküldését a PDB-be. Számos adatbázis használ a PDB-ben lévő fehérjeszerkezeteket. Például a SCOP és a CATH fehérjeszerkezeteket csoportosítanak, a PDBsum a PDB-bejegyzések grafikus megjelenítését mutatja más forrásokból származó (például génontológiai) információ révén.^[6][7]

Történet

Két oka volt a PDB létrehozásának: a röntgendiffrakcióval meghatározott kevés, de egyre növekvő mennyiségű fehérjeszerkezeti adat, valamint az 1968-ban megjelent molekuláris kijelző, a Brookhaven Raster Display (BRAD), mely képes volt e szerkezeteket 3D-ben megjeleníteni. 1969-ben Walter Hamilton segítségével a Brookhaven National Laboratorynél Edgar Meyer (Texas A&M University) szoftvert kezdett írni az atomi koordináták közös formátumban való tárolására geometriai és grafikai elemzéshez. 1971-től Meyer SEARCH-e lehetővé tette az adatbázisban lévő információ távoli hozzáférését a fehérjeszerkezetek hálózaton kívüli tanulmányozásához.^[8] Ez a hálózatban fontos volt, így ekkor indult el ténylegesen a PDB.

A Protein Data Banket 1971 októberében jelentették be a Nature New Biologyban^[9] a Cambridge Crystallographic Data Centre (Egyesült Királyság) és a Brookhaven National Laboratory együttműködésével.

Hamilton halálakor (1973) Tom Koeztle lett a PDB vezetője az ezt követő 20 évre. 1994 januárjában az izraeli Weizmann Kutatóintézetnél dolgozó Joel Sussman lett a PDB vezetője. 1998 októberében^[10] a PDB a Research Collaboratory for Structural Bioinformaticshez (RCSB) került;^[11] ez 1999 júniusában ért véget. Új vezetője az RCSB egyik vezető intézeténél, a Rutgers Egyetemnél (a másik a San Diegó-i Számítási Központ volt) dolgozó Helen M. Berman lett.^[12] 2003-ban a wwPDB létrejöttével a PDB nemzetközi szervezetté vált. Alapító tagjai a PDBe (Európa),^[2] az RCSB (Amerikai Egyesült Államok) és a PDBj (Japán) voltak.^[3] A BMRB^[5] 2006-ban csatlakozott. A wwPDB mind a 4 tagja gyűjthet, feldolgozhat és eloszthat PDB-adatokat. Az adatfeldolgozás arra utal, hogy a wwPDB dolgozói ellenőriznek és jelölnek minden beküldött adatot.^[13] Az adatokat ezután automatikusan ellenőrzi egy nyílt forráskódú szoftver, hogy lehetségesek-e.^[14]

Tartalom

PDB-ben lévő fehérjeszerkezetek példái (UCSF Chimerával készítve)

Fehérjeszerkezetek meghatározásának sebessége módszerenként és évenként. MX = makromolekuláris krisztallográfia, 3DEM = 3D-elektronmikroszkópia.^[15]

A PDB szerdánként (UTC) frissül a listájával együtt.^[16] 2023. január 10-én a PDB-ben az alábbiak voltak:

Kísérleti módszer	Csak fehérjék	Fehérjék oligoszacharidokkal	Fehérje-nukleinsav komplexek	Csak nukleinsavak	Egyéb	Csak oligoszacharidok	Összesen
Röntgendiffrakció	152 277	8 969	8 027	2 566	163	11	172 013
NMR	12 104	32	281	1 433	31	6	13 887
Krioelektron-mikroszkópia	9 226	1 633	2 898	77	8	0	13 842
Hibrid	189	7	6	12 }	0	1	215
Neutron	72	1	0	2	0	0	75
Egyéb	32	0	0	1	0	4	309
Összesen	173 900	10 642	11 212	4 091	202	22	200 069

162 041 szerkezetnek van szerkezetifaktor-, 11 242-nek NMR-korlátozási, 5774-nek kémiaieltolódás-, 13 388-nak 3DEM-leképezési fájlja az EM Data Bankben.

A legtöbb szerkezetet röntgendiffrakcióval, mintegy 7%-ukat fehérje-NMR-rel határozták meg. A röntgendiffrakció a fehérje atomjainak koordinátáinak, az NMR az atompárok távolságainak közelítő értékét határozza meg. A fehérje konformációja NMR-ből kapható meg távolsággeometriai probléma megoldásával. 2013 után egyre több fehérje szerkezetét határozták meg krioelektron-mikroszkópiával.

A röntgendiffrakcióval meghatározott szerkezetek esetén elektronsűrűségi térképük is megtekinthető a három PDB-oldalon.

A PDB-ben lévő szerkezetek száma eleinte igen gyorsan nőtt: 1982-ben 100, 1993-ban 1000, 1999-ben 10 000, 2014-ben 100 000, 2023 januárjában 200 000 regisztrált szerkezet volt.^[17][18]

Fájlformátum

A PDB által kezdetben használt fájlformátum a PDB fájlformátum volt. Ezt a soronként 80 karakteres lyukkártyaszélesség korlátozta. 1996-ban bevezették az mmCIF (macromolecular Crystallographic Information file) formátumot, mely a CIF kiterjesztése. Ez lett 2014-ben a PDB archívum szabványos formátuma.^[19] In 2019, the wwPDB announced that depositions for crystallographic methods would only be accepted in mmCIF format.^[20]

A PDB XML-változata, a PDBML 2005-ben jelent meg.^[21] A szerkezeti fájlok az alábbi formátumok bármelyikében elérhetők, de egyre több szerkezet nem fér el az eredeti formátumba. Az egyes fájlok az könnyen letölthetők grafikus csomagokként:

• PDB-formátumú fájlokhoz a címek formátuma például: https://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.pdb.gz vagy https://pdbe.org/download/4hhb.
• PDBML-fájlok címeinek formátuma például https://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.xml.gz vagy https://pdbe.org/pdbml/4hhb.

A „4hhb” a PDB-azonosító. A PDB-ben közzétett szerkezetek 4 karakteres alfanumerikus PDB-azonosítót kapnak. Ez nem egyedi azonosító: egy molekula több eltérő környezetben vagy konformációban lévő szerkezete eltérő azonosítót kaphat.

Adatmegtekintés

A szerkezeti fájlok számos szabad szoftverrel, például Jmollal, Pymollal, VMD-vel, Molstarral és Rasmollal megtekinthetők. Nem szabad, shareware programok például az ICM-Browser,^[22] a MDL Chime, a UCSF Chimera, a Swiss-PDB Viewer,^[23] a StarBiochem^[24] (Java-alapú interaktív molekulamegtekintő beépített PDB-keresővel), a Sirius, a VisProt3DS^[25] (3D-sztereoszkóp nézetben való fehérjevizualizáció anaglif és más módokban) és a Discovery Studio. Az RCSB weblapja szabad és kereskedelmi molekulavizualizációs programokat és beépülőket tartalmazó listát is tartalmaz.