1. 创建项目并导入结构

首先，在BioLuminate中将文件路径更改为选择的Working Directory，以便轻松地进行文件导航。BioLuminate中的每个会话都以一个默认的Scratch Project开始，其不会被保存。BioLuminate项目可存储所有数据，扩展名为.prj。一个项目可以包含与所导入结构相对应的众多条目，以及建模相关任务的输出。项目创建后，每次进行更改时都会自动保存。

结构可以直接从PDB导入，也可以使用File > Import Structures从Working Directory导入，并添加到Entry List和Project Table中。Entry List位于Workspace左侧。如果您想查看项目数据的展开视图，可以通过Ctrl+T（Cmd+T）或Window > Project Table查看Project Table。Toggle Table是与结构交互的另一种方式，可通过Window > Toggle Table查看。

1. 双击BioLuminate图标。此处显示的所有工作流程也可以在Maestro中完成。

2. 点击File > Change Working Directory。

图注：Change Working Directory选项

3. 找到文件目录，然后点击Choose。

4. 本教程包含预先生成的输入文件和结果文件，可用于运行任务或检查输出。请联系我们获取本教程的数据压缩包。

5. 下载zip文件后，将内容解压到您的Working Directory中，方便在整个教程中轻松访问。

6. 点击File > Open Project。

图注：Open Project窗口

7. 选择FXa_homologymodeling.prjzip。

8. 点击Open，结构随即显示在Entry List中，一个结构被纳入Workspace中。

9. 在Save scratch project提示框中，点击OK。

10. 点击File > Save Project As。

图注：Save Project窗口

11. 将文件名更改为MSV_homology。

12. 点击Save，项目现在命名为MSV_homology.prj。

2. 构建模型并评估质量

有时，基于结构的药物设计项目缺乏目标蛋白合适的3D结构，仅能获得一级序列信息。同源建模方法可使用合适的同源蛋白（一个或多个）构建3D模型，这些同源蛋白充当序列的结构模板。同源建模的前提是：序列相似性可以等同于结构相似性。

2.1 构建同源模型

1. 点击Tasks > Biologics > Multiple Sequence Viewer/Editor，打开面板。

图注：Biologics Tasks中的Multiple Sequence Viewer/Editor选项

2. 点击File > Import Sequences from File。

3. 选择factorXa_human.fasta，然后点击Open。

4. 点击Other Task并选择Build Homology Model，打开Build Homology面板。

图注：打开Build Homology面板

5. Specify a template structure栏目下，点击Find，弹出以下对话框。

图注：Find Homologs选项

6. 点击齿轮图标。

7. 取消勾选Use local server only。

注：取消勾选代表需要互联网连接。默认情况下会勾选Use local server only选项，以防BLAST搜索和相关任务发送到远程服务器。如果确认需要允许远程访问，请取消勾选此选项。该选项也可以从Edit → Settings and Defaults菜单中进入。

8. 点击Run Search。

序列一致性为100%的模板有许多，如果将它们纳入项目进行运算无疑是最理想的。不过本教程选择的是一个序列一致性为84%的模板，虽然不完美但可以更好地演示同源建模过程。

9. 在BLAST Search Results面板中，选择1KIG_H。

图注：BLAST Search Results面板，已选择1K1G_H

10. 点击Import。

注：导入模板时序列的自动比对已经足够，因此不需要进行任何进一步的比对。

11. 任务名称写为homology_modeling_FXa。

12. 点击Generate Model，该任务需要几分钟。完成后，一个新条目会添加到Entry List中。

图注：运行Homology Model任务

注：输出的结构带有颜色标注。

● 蓝色：完整残基构象从模板复制，该位置为相同的残基。

● 青色：残基主链构象从模板复制，该位置存在侧链突变。

● 红色：残基主链和侧链位置已建模，插入、缺失或实验约束要求预测该位置。

图2-6. 带有颜色标注的同源模型

2.2 评估模型质量

通过同源性预测了蛋白质结构后，下一步是将其质量与蛋白质数据库（Protein Data Bank）中的其他结构进行比较评估。

1. 点击Tasks > Biologics > Structure Reliability Report，打开Protein Reliability Report。

图注：Biologics中的Structure Reliability Report。

2. 将任务名称更改为homology_reliability。

3. 点击Run，此步骤需要约2分钟。完成后一个新条目会添加到Entry List中，并出现一个横幅。

图注：Protein Reliability Report面板

4. 在横幅上，点击Protein Reliability Report，打开面板。

图注：Protein Reliability Report结果

注：也可以通过将homology_reliability-out纳入Workspace中，并通过Tasks > Biologics > Reliability Report重新打开Protein Reliability Report面板，以便查看Protein Reliability Report的输出。

注：点击感兴趣的圆圈，可进行更深入的分析。

注：在Protein Reliability Report中，小绿圆圈表示与平均PDB结构距离合理的属性，而大红圆是可能值得关注的属性。一般来说，用于确定蛋白质结构质量的三个输出是Steric Clashes（空间冲突）、Missing Atoms（缺失原子）和Missing Loops（缺失环区）。

3. 精修同源模型

构建模型后，在将其用于进一步计算之前，需要检查其质量并修复问题，例如空间冲突。用于精修结构的两个工具是Protein Preparation Workflow和Prime Loop Refinement。大多数常见的结构问题可以使用Protein Preparation Workflow解决，而Prime Loop Refinement可以解决更复杂的问题。

Prime Loop Refinement很耗时且占用CPU，因此推荐首先使用Protein Preparation Workflow用于模型精修。Protein Preparation Workflow教程及Best Practices for Protein Preparation可联系我们获取。

1. 在收藏栏（Favorites Bar）中，点击Protein Preparation，打开Protein Preparation Workflow面板。

2. 点击INTERACTIVE。

3. 在Optimize H-bond Assignments下，点击Optimize。此步骤大约需要一分钟，完成后一个新条目会添加到Entry List中。重叠的原子被纠正，被翻转的侧链现在在Workspace中被标记出来。

图注：Protein Preparation Wizard的Refine选项卡

4. 在Minimize and Delete Water下，点击Clean Up。此步骤大约需要一分钟，完成后一个新条目会添加到Entry List中。

注：将鼠标悬停在按钮上可了解功能详情。

5. 在Protein Reliability Report中，将任务名称更改为homology_reliability_prepared。

6. 点击Run。此步骤需要约2分钟，完成后一个新条目会添加到Entry List中，并出现一个横幅。

7. 在横幅上，点击Protein Reliability Report，打开面板。

图3-2. 查看Protein Reliability Report结果

注：与之前的结果相比，Steric Clashes（空间冲突）和Bond Angle Deviations（键角偏差）有很大改善。

4. 结论

在本教程中，我们使用了Multiple Sequence Viewer/Editor构建同源模型：以1KIG（一种牛源直系同源物）为模板，构建了人源凝血因子Xa的同源模型，生成Structure Reliability Report并评估了模型的质量。最后，使用Protein Preparation Workflow精修了结构并修复了与模型相关的问题。

参考资料

Building Homology Models with the Multiple Sequence Viewer/Editor, 2026-3, www. schrodinger.com