（RCSB Protein Data Bank）

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB數(shù)據(jù)庫(kù)）成立于 1971 年。在最初的幾年里，數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模非常小，包含一些開創(chuàng)性的結(jié)構(gòu)。對(duì)于每個(gè)結(jié)構(gòu)，PDB數(shù)據(jù)庫(kù)包含其三維坐標(biāo)，即每個(gè)原子的X、Y、Z坐標(biāo)。

科學(xué)家們是如何“看到”原子的？在 1970 年代，唯一的方法是 X 射線晶體學(xué)，蛋白質(zhì)在純化和濃縮時(shí)會(huì)形成晶體。在晶體內(nèi)，蛋白質(zhì)的許多拷貝以對(duì)稱陣列排列。當(dāng)X 射線束撞擊晶體時(shí)，X散射會(huì)散射成獨(dú)特的斑點(diǎn)圖案。然后分析這些 X 射線衍射圖以確定原子在蛋白質(zhì)中的位置。1913 年，父子團(tuán)隊(duì) henry 和lawrence bragg 率先闡述了如何解釋 X射線衍射圖樣。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了氯化鈉晶體，后來(lái)，J.D.Bernai 指導(dǎo)了許多世界級(jí)的研究人員，他們使用 X 射線晶體學(xué)研究各種日益復(fù)雜的物質(zhì)。1958年，John Kendrew 使用X射線晶體學(xué)確定了蛋白質(zhì)肌紅的第一個(gè)原子結(jié)構(gòu)，由此誕生了結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域。

越來(lái)越多的科學(xué)家開始研究蛋白質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)。到20世紀(jì)70年代，不同的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)破解了十幾個(gè)原子結(jié)構(gòu)。世界各地的研究人員都對(duì)這些 3D 結(jié)構(gòu)揭示的內(nèi)容很感興趣。但是在互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前，數(shù)據(jù)共享很困難。早期的PDB結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在紙質(zhì)穿孔卡片上，每張卡片包含大約1個(gè)原子信息。PDB數(shù)據(jù)庫(kù)的建立就是為了解決這個(gè)問(wèn)題。科學(xué)家們將數(shù)據(jù)存入PDB數(shù)據(jù)庫(kù)，PDB數(shù)據(jù)庫(kù)再將數(shù)據(jù)復(fù)制到磁帶上，并根據(jù)要求分發(fā)給研究人員。 1980年10月，在PDB數(shù)據(jù)庫(kù)成立10 年后，數(shù)據(jù)庫(kù)包含151個(gè)可供分發(fā)的結(jié)構(gòu)。一年后，第一個(gè) DNA結(jié)構(gòu)被添加到 PDB中。

1989年，第一個(gè)通過(guò)核磁共振光譜（NMR）生物物理方法確定的結(jié)構(gòu)被存放到PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中。在這種方法中，將純化的蛋白質(zhì)與特殊溶劑混合并插入核磁共振探針中，然后蛋白質(zhì)樣品暴露在強(qiáng)磁場(chǎng)中，這使得某些原子的原子核，如氫，像陀螺一樣自旋。當(dāng)用無(wú)線電波探測(cè)樣品時(shí)，原子核會(huì)被激發(fā)并發(fā)生共振，頻率被測(cè)量并記錄下來(lái)。原子的周圍環(huán)境決定了頻率的高低。使用計(jì)算方法，將測(cè)量值被轉(zhuǎn)換成圖表來(lái)表示。將頻率表示為具有特定原子組特定位置的峰值。此信息進(jìn)一步完善并與其他核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)合，以確定 3D結(jié)構(gòu)。事實(shí)證明，核磁共振方法可有效解決較小蛋白質(zhì)的 3D 結(jié)構(gòu)，并讓我們獨(dú)特地了解蛋白質(zhì)在溶液中的行為方式。

1991 年，PDB發(fā)布了第一個(gè)使用 3D電子顯微鏡(3DEM )確定的結(jié)構(gòu)。在這種方法中，將少量純化的蛋白質(zhì)放置在銅網(wǎng)上，一臺(tái)特殊的機(jī)器將樣品鋪在網(wǎng)格上的單層中。樣品在液態(tài)乙烷中冷凍，然后裝入電子顯微鏡中。樣品暴露在一束加速電子下并捕獲圖像。通常蛋白質(zhì)處于許多不同的方向，然后圖像按方向分組，通過(guò)計(jì)算組合以重建分子的 3D形狀。原子適合映射以推導(dǎo)蛋白質(zhì)的 3D 結(jié)構(gòu)。3DEM已成為X 射線和核磁共振技術(shù)的完美補(bǔ)充,該方法對(duì)難以通過(guò)兩種舊方法中任何一種開展研究的大型復(fù)雜組件非常有效。

1995年，首次可以通過(guò)www.Pdb.bni.gov 網(wǎng)站訪問(wèn)PDB數(shù)據(jù)庫(kù)。然而，配備瀏覽器的新網(wǎng)站標(biāo)志著數(shù)據(jù)分發(fā)的新篇章。研究人員仍然可以請(qǐng)求 CD ROM上的完整檔案。1999年，第10000個(gè)結(jié)構(gòu)被發(fā)布到PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中。2004年，物理媒體上的PDB檔案分發(fā)停止，在那時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)使所有數(shù)據(jù)操作都可以通過(guò)新成立的全球PDB組織成員維護(hù)的FTP服務(wù)器和門戶網(wǎng)站在線完成。2008年，PDB數(shù)據(jù)庫(kù)的條目數(shù)達(dá)到另一個(gè)里程碑——50000個(gè)結(jié)構(gòu)。2014 年這個(gè)數(shù)量翻了一番。2021年，隨著PDB數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)入了它的黃金時(shí)代，數(shù)據(jù)庫(kù)中有超過(guò) 170000個(gè)結(jié)構(gòu)。越來(lái)越多的蛋白質(zhì)和核酸3D結(jié)構(gòu)加深了我們對(duì)生物學(xué)的理解，并幫助我們探索生命在原子水平上的運(yùn)作方式。涉及分子結(jié)構(gòu)的許多項(xiàng)目獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究對(duì)于解決重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件至關(guān)重要。例如科學(xué)家利用 HIV 蛋白的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)藥物，以阻止病毒繁殖。在當(dāng)今世界面臨新冠大流行時(shí)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)家正在探索其病毒蛋白，以尋求新療法和疫苗。

PDB 提供結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的現(xiàn)成途徑，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量并提供查詢、可視化和分析這些結(jié)構(gòu)的工具。自 PDB 成立以來(lái)的 50 多年里，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)仍然是全球領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資源，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)和教育中發(fā)揮著核心作用。