بنك بيانات البروتين

الموسوعة الحرة

بنك بيانات البروتين (PDB) [ 1 ] هو قاعدة بيانات للبيانات الهيكلية ثلاثية الأبعاد للجزيئات البيولوجية الكبيرة، مثل البروتينات والأحماض النووية ، ويشرف عليه بنك بيانات البروتين العالمي (wwPDB). يتم الحصول على هذه البيانات الهيكلية وإيداعها من قبل علماء الأحياء والكيمياء الحيوية حول العالم باستخدام منهجيات تجريبية مثل علم البلورات بالأشعة السينية ، وطيف الرنين المغناطيسي النووي ، وبشكل متزايد، المجهر الإلكتروني فائق البرودة . تُراجع جميع البيانات المُقدمة من قبل خبراء في مجال البيانات الحيوية ، وبمجرد الموافقة عليها، تُتاح مجانًا على الإنترنت بموجب ترخيص CC0 للملكية العامة. [ 2 ] يُتاح الوصول العالمي إلى البيانات عبر مواقع الويب الخاصة بالمنظمات الأعضاء في wwPDB (PDBe [ 3 ] ، PDBj [ 4 ]، RCSB PDB [ 5 ] ، BMRB [ 6 ] ، وEMDB [ 7 ] ).

يُعدّ بنك بيانات البروتينات (PDB) مرجعًا أساسيًا في مجالات البيولوجيا التركيبية ، مثل علم الجينوم التركيبي . تشترط معظم المجلات العلمية الكبرى وبعض جهات التمويل على العلماء إيداع بياناتهم التركيبية في بنك بيانات البروتينات. كما تستخدم العديد من قواعد البيانات الأخرى تراكيب البروتينات المودعة في بنك بيانات البروتينات. على سبيل المثال، يصنف كل من SCOP و CATH تراكيب البروتينات، بينما يوفر PDBsum نظرة عامة بيانية على مدخلات بنك بيانات البروتينات باستخدام معلومات من مصادر أخرى، مثل علم الجينات . [ 8 ] [ 9 ]

تاريخ

تضافرت قوتان لإطلاق بنك بيانات البروتينات (PDB): مجموعة صغيرة ولكنها متنامية من بيانات بنية البروتينات التي تم تحديدها بواسطة حيود الأشعة السينية؛ وشاشة عرض الرسومات الجزيئية الجديدة (1968)، وهي شاشة بروكهافن راستر (BRAD)، لعرض هذه البنى البروتينية ثلاثية الأبعاد. في عام 1969، وبرعاية والتر هاميلتون في مختبر بروكهافن الوطني ، بدأ إدغار ماير ( جامعة تكساس إيه آند إم ) بكتابة برنامج لتخزين ملفات إحداثيات الذرات بتنسيق موحد لإتاحتها للتقييم الهندسي والرسومي. وبحلول عام 1971، مكّن أحد برامج ماير، وهو برنامج SEARCH، الباحثين من الوصول عن بُعد إلى المعلومات من قاعدة البيانات لدراسة بنى البروتينات دون اتصال بالإنترنت. [ 10 ] كان برنامج SEARCH أساسيًا في تمكين الربط الشبكي، مما شكّل البداية العملية لبنك بيانات البروتينات (PDB).

تم الإعلان عن بنك بيانات البروتين في أكتوبر 1971 في مجلة Nature New Biology [ 11 ] كمشروع مشترك بين مركز بيانات كامبريدج البلورية ، المملكة المتحدة ومختبر بروكهافن الوطني، الولايات المتحدة.

بعد وفاة هاميلتون عام ١٩٧٣، تولى توم كوتزل إدارة بنك بيانات البروتين (PDB) لمدة عشرين عامًا لاحقة. وفي يناير ١٩٩٤، عُيّن جويل سوسمان من معهد وايزمان للعلوم في إسرائيل رئيسًا لبنك بيانات البروتين. وفي أكتوبر ١٩٩٨ ، نُقل بنك بيانات البروتين إلى مختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية (RCSB) ؛ واكتمل النقل في يونيو ١٩٩٩. وكانت المديرة الجديدة هيلين م. بيرمان من جامعة روتجرز ( إحدى المؤسسات الإدارية لمختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية، والأخرى هي مركز سان دييغو للحوسبة الفائقة في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو ). وفي عام ٢٠٠٣ ، مع تأسيس شبكة بنك بيانات البروتين العالمية (wwPDB)، أصبح بنك بيانات البروتين منظمة دولية. الأعضاء المؤسسون هم: بنك بيانات البروتين الأوروبي (PDBe) (أوروبا)، ومختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية ( RCSB ) ( الولايات المتحدة)، وبنك بيانات البروتين الياباني (PDBj) (اليابان). [ 4 ] انضم بنك بيانات الرنين المغناطيسي البيولوجي ( BMRB) [ 6 ] في عام 2006. وانضم بنك بيانات المجهر الإلكتروني (EMDB) [ 15 ] في عام 2021. يمكن لكل عضو من الأعضاء الخمسة في wwPDB أن يعمل كمركز لإيداع بيانات PDB ومعالجتها وتوزيعها. تشير معالجة البيانات إلى قيام موظفي wwPDB بمراجعة كل إدخال مُقدّم وتصنيفه. [ 16 ] ثم تُفحص البيانات تلقائيًا للتأكد من صحتها (تم توفير شفرة المصدر [ 17 ] لبرنامج التحقق هذا للجمهور مجانًا).

محتويات

يتم تحديث قاعدة بيانات PDB أسبوعيًا ( بتوقيت UTC +0 يوم الأربعاء)، بالإضافة إلى قائمة محتوياتها. [ 18 ] اعتبارًا من 21 مايو 2026  ، يتضمن PDB ما يلي:

النوع الجزيئيحيود الأشعة السينيةالمجهر الإلكترونيالرنين النووي المغناطيسيتكامليأساليب متعددةنيوترونالمجموع
البروتينات فقط181,265233601281935023184218,109
البروتينات التي تحتوي على السكريات قليلة التعدد10500375434811114308
معقدات البروتين/الحمض النووي92126856287268016389
الأحماض النووية فقط316127158031534789
آخر1782735400244
السكريات قليلة التعدد فقط110601018
المجموع:204,32734,3161476139126688254,149
يحتوي ملف PDB على 194,485 بنية .
يحتوي 11505 هيكلاً على ملف تقييد الرنين النووي المغناطيسي.
يحتوي 6038 هيكلاً في قاعدة بيانات البروتينات (PDB) على ملف إزاحات كيميائية .
يحتوي بنك بيانات الكهرومغناطيسية (EM Data Bank) على ملف خريطة ثلاثية الأبعاد لـ 33747 هيكلاً.
معدل تطور تقنيات تحديد بنية البروتين على مر العقود. MX = علم البلورات الجزيئية الكبيرة ، 3DEM = المجهر الإلكتروني ثلاثي الأبعاد . [ 19 ]

تُحدد معظم البنى باستخدام حيود الأشعة السينية، بينما تُحدد حوالي 7% منها باستخدام الرنين المغناطيسي النووي للبروتينات . عند استخدام حيود الأشعة السينية، تُحصل على تقديرات لإحداثيات ذرات البروتين، بينما باستخدام الرنين المغناطيسي النووي، تُقدّر المسافة بين أزواج ذرات البروتين. ويُحدد الشكل النهائي للبروتين من خلال الرنين المغناطيسي النووي بحل مسألة هندسة المسافة . بعد عام 2013، ازداد عدد البروتينات التي تُحدد بنيتها باستخدام المجهر الإلكتروني فائق البرودة .

بالنسبة لهياكل PDB التي تم تحديدها بواسطة حيود الأشعة السينية والتي تحتوي على ملف عامل البنية، يمكن الاطلاع على خريطة كثافة الإلكترون الخاصة بها. ويمكن الاطلاع على بيانات هذه الهياكل على مواقع PDB الإلكترونية الثلاثة.

تاريخياً، نما عدد الهياكل في قاعدة بيانات المباني (PDB) بمعدل أسي تقريباً، حيث بلغ عدد الهياكل المسجلة 100 هيكل في عام 1982، و1000 هيكل في عام 1993، و10000 هيكل في عام 1999، و100000 هيكل في عام 2014، و200000 هيكل في يناير 2023. [ 20 ] [ 21 ]

PDB-IHM

كانت قاعدة بيانات PDB-Dev تُدار أيضًا بواسطة wwPDB، وتضم نماذج هيكلية ناتجة عن منهج "تكاملي" أو "هجين"، أي الجمع بين التجربة والتنبؤ بالبنية. تستخدم النماذج المُدرجة نفس تنسيق رمز الوصول المكون من أربعة أحرف. في عام 2024، أُعيد تسمية PDB-Dev إلى PDB-IHM ووُحِّدت ضمن PDB: يُمكن الآن الوصول إلى هياكلها من نقاط نهاية wwPDB العادية، بما في ذلك مواقع الويب. اعتبارًا من يناير 2026، تحتوي PDB-IHM على 382 مدخلًا. [ 22 ]

تنسيق الملف

كان تنسيق الملف الذي استخدمه بنك بيانات البروتين (PDB) في البداية يُسمى تنسيق ملف PDB. وكان هذا التنسيق الأصلي محدودًا بعرض بطاقات التثقيب الحاسوبية ، حيث كان يتسع لـ 80 حرفًا في السطر الواحد. وفي عام 1996 تقريبًا، تم اعتماد تنسيق "ملف معلومات علم البلورات الجزيئية الكبيرة" (mmCIF)، وهو امتداد لتنسيق CIF . وأصبح mmCIF التنسيق القياسي لأرشيف PDB في عام 2014. [ 23 ] وفي عام 2019، أعلن بنك بيانات البروتين العالمي (wwPDB) أنه لن يتم قبول إيداعات طرق علم البلورات إلا بتنسيق mmCIF. [ 24 ]

تم وصف نسخة XML من PDB، تُسمى PDBML، في عام 2005. [ 25 ] يمكن تنزيل ملفات البنية بأي من هذه التنسيقات الثلاثة، على الرغم من أن عددًا متزايدًا من البنى لا يتوافق مع تنسيق PDB القديم. ويمكن تنزيل الملفات الفردية بسهولة إلى برامج الرسومات من عناوين URL على الإنترنت .

  • بالنسبة لملفات بصيغة PDB، استخدم، على سبيل المثال، http://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.pdb.gzأوhttp://pdbe.org/download/4hhb
  • بالنسبة لملفات PDBML (XML)، استخدم، على سبيل المثال، http://www.pdb.org/pdb/files/4hhb.xml.gzأوhttp://pdbe.org/pdbml/4hhb

يمثل الرمز " 4hhb" مُعرّف PDB. يحصل كل تركيب منشور في PDB على مُعرّف أبجدي رقمي مكون من أربعة أحرف، وهو مُعرّف PDB الخاص به. (هذا ليس مُعرّفًا فريدًا للجزيئات الحيوية، لأنه قد يتم تضمين عدة تراكيب لنفس الجزيء - في بيئات أو تكوينات مختلفة - في PDB بمعرّفات PDB مختلفة.)

عرض البيانات

يمكن عرض ملفات البنية باستخدام العديد من برامج الحاسوب المجانية والمفتوحة المصدر ، بما في ذلك Jmol و Pymol و VMD و Molstar و Rasmol . وتشمل البرامج الأخرى غير المجانية، والتي يمكن مشاركتها ، ICM-Browser [ 26 ] و MDL Chime و UCSF Chimera وSwiss-PDB Viewer [ 27 ] وStarBiochem [ 28 ] (عارض جزيئي تفاعلي قائم على Java مع بحث مدمج في قاعدة بيانات البروتينات) و Sirius وVisProt3DS [ 29 ] (أداة لتصوير البروتينات بتقنية العرض المجسم ثلاثي الأبعاد بتقنية anaglyph وغيرها من الأوضاع) و Discovery Studio . يحتوي موقع RCSB PDB الإلكتروني على قائمة شاملة ببرامج تصوير الجزيئات المجانية والتجارية، بالإضافة إلى إضافات متصفحات الويب.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ اتحاد wwPDB (2019). "بنك بيانات البروتين: الأرشيف العالمي الموحد لبيانات بنية الجزيئات الكبيرة ثلاثية الأبعاد" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 47 (D1): 520-528 . doi : 10.1093/nar/gky949 . PMC 6324056. PMID 30357364 .  
  2. ↑ wwPDB.org. "wwPDB: سياسات الاستخدام" . www.wwpdb.org . تاريخ الاسترجاع: 16 أبريل 2024 .
  3. 1 2 "PDBe home < Node < EMBL-EBI" . pdbe.org .
  4. 1 2 "بنك بيانات البروتين الياباني - PDB Japan - PDBj" . pdbj.org .
  5. ↑ بنك بيانات البروتين RCSB. "RCSB PDB: الصفحة الرئيسية" . rcsb.org .
  6. 1 2 "بنك الرنين المغناطيسي البيولوجي" . bmrb.wisc.edu . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2020-10-20 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2006-09-13 .
  7. ↑ قاعدة بيانات EMDB، EMBL-EBI. "EMDB: الصفحة الرئيسية" . www.emdatabank.org .
  8. ↑ بيرمان، إتش إم (يناير 2008). "بنك بيانات البروتين: منظور تاريخي" (ملف PDF) . مجلة أكتا كريستالوغرافيكا، القسم أ . A64 (1): 88-95 . doi : 10.1107/S0108767307035623 . PMID 18156675 . 
  9. ↑ لاسكوفسكي، ر. أ.، هاتشينسون، إ. ج.، ميتشي، أ. د.، والاس، أ. س.، جونز، م. ل.، ثورنتون، ج. م. (ديسمبر 1997). "PDBsum: قاعدة بيانات على الإنترنت لملخصات وتحليلات جميع هياكل PDB". Trends Biochem. Sci . 22 (12): 488–90 . doi : 10.1016/S0968-0004(97)01140-7 . PMID 9433130 . 
  10. ↑ ماير إي إف (1997). " السنوات الأولى لبنك بيانات البروتين" . علم البروتين . 6 (7). مطبعة جامعة كامبريدج: 1591-1597 . doi : 10.1002/pro.5560060724 . PMC 2143743. PMID 9232661 .  
  11. ↑ "بنك بيانات البروتين" . مجلة نيتشر للبيولوجيا الجديدة . 233. 1971. doi : 10.1038/newbio233223b0 .
  12. ↑ بيرمان إتش إم، ويستبروك جيه، فينغ زد، جيلاند جي، بهات تي إن، فايسيج إتش، شينديالوف آي إن، بورن بي إي (يناير 2000). " بنك بيانات البروتين" . أبحاث الأحماض النووية . 28 (1): 235-242 . doi : 10.1093/nar/28.1.235 . PMC 102472. PMID 10592235 .  
  13. ↑ "مختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية" . RCSB.org . مختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2007-02-05.
  14. ↑ "أرشيف نشرة RCSB PDB الإخبارية" . بنك بيانات البروتين RCSB.
  15. ↑ قاعدة بيانات EMDB، EMBL-EBI. "EMDB: الصفحة الرئيسية" . www.emdatabank.org .
  16. ↑ كاري إي، فريتاس أ، أوريان إس (2010). "دور إدارة البيانات المجتمعية للمؤسسات" . في د. وود (محرر). ربط بيانات المؤسسات . بوسطن: سبرينغر الولايات المتحدة. ص 25-47 . ISBN  978-1-441-97664-2.
  17. ↑ "مجموعة أدوات التحقق من صحة قاعدة بيانات PDB" . sw-tools.pdb.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2016-03-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-09-12 .
  18. ↑ بنك بيانات البروتين، RCSB. "إحصائيات بنك بيانات البروتين: توزيع بيانات بنك بيانات البروتين حسب الطريقة التجريبية والنوع الجزيئي" . www.rcsb.org . تاريخ الاسترجاع: 4 نوفمبر 2025 .
  19. ↑ بورلي إس كيه، بيرمان إتش إم، بهيكاديا سي، بي سي، تشين إل، كوستانزو إل دي، وآخرون (اتحاد wwPDB) (يناير 2019). "بنك بيانات البروتين: الأرشيف العالمي الموحد لبيانات بنية الجزيئات الكبيرة ثلاثية الأبعاد" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 47 (D1): D520– D528. doi : 10.1093/nar/gky949 . PMC 6324056. PMID 30357364 .   
  20. ↑ مجهول (2014). "بيانات دقيقة: لم يكن من السهل على بنك بيانات البروتين الحفاظ على أهميته لـ 100,000 بنية" . مجلة نيتشر . 509 (7500): 260. doi : 10.1038/509260a . PMID 24834514 . 
  21. ↑ بنك بيانات البروتين. "إحصائيات بنك بيانات البروتين: النمو الإجمالي للهياكل المنشورة سنويًا" . www.rcsb.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يناير 2023 .
  22. ↑ "PDB-IHM" . pdb-ihm.org .
  23. ↑ "wwPDB: تنسيقات الملفات وقاعدة بيانات PDB" . wwpdb.org . تم الاطلاع عليه في 1 أبريل 2020 .
  24. ↑ wwPDB.org. "wwPDB: أخبار 2019" . wwpdb.org .
  25. ↑ ويستبروك جيه، إيتو إن، ناكامورا إتش، هنريك كيه، بيرمان إتش إم (أبريل 2005). "PDBML: تمثيل بيانات بنية الجزيئات الكبيرة المحفوظة في XML" . المعلوماتية الحيوية . 21 (7): 988-992 . doi : 10.1093/bioinformatics/bti082 . PMID 15509603 . 
  26. ↑ "متصفح ICM" . شركة مولسوفت المحدودة . تم الاسترجاع في 2013-04-06 .
  27. ↑ "عارض ملفات PDB السويسري" . المعهد السويسري للمعلوماتية الحيوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-04-06 .
  28. ↑ "STAR: Biochem - Home" . web.mit.edu .
  29. ↑ "VisProt3DS" . شركة Molecular Systems المحدودة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 19-07-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-04-2013 .