怎样从氨基酸顺序预测蛋白质功能
估计很多吃瓜群众还不知道“蛋白质结构预测”这具体是个什么问题，推荐大家看看我的博客，文末有很多入门资料。我也刚入门，欢迎讨论。
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相信很多学CS的同学之前都没听说过“蛋白质结构预测”这个问题，直到2018年12月初，一则劲爆消息瞬间引爆了CSer的朋友圈，那就是Google Deepmind团队开发的AlphaFold一举拿下当年的CASP比赛冠军，而且远远甩开了第二名。我当时就转载过类似的公众号文章，大家可以阅读并想象当时朋友圈的欢呼声：阿尔法狗再下一城 | 蛋白结构预测AlphaFold大胜传统人类模型。当时，很多同学也转载过类似的文章，但其实很少有人真正明白“蛋白质结构预测”这个问题是什么，它的难度有多大，CASP是个什么比赛，以及AlphaFold的内部原理是什么。当然，对于这一连串的问题，我当时也是懵逼的。不过自己好歹也是个跟蛋白质有关的PhD，如此热点事件，自然是要关注的。不过之后一直没时间，直到今年相关顶级文章再次爆出，我就借着准备文献讲评的机会了解了相关的知识，在这里跟大家分享一下。
蛋白质结构分为四级，分别是一级结构、二级结构、三级结构和四级结构，下面分别描述。一级结构蛋白质的一级结构可以理解为一条线性的字符串，比如MSFIKTFSGKHFYYDKINKDDIVINDIAVSLSNICR。其基本组成单元是一个个的氨基酸，即一个个的字母。氨基酸有单字母表示和三字母表示，为了简洁，本文使用单字母表示，下图的例子是三字母表示。常见的氨基酸只有20种，所以一级结构的字符串通常只包含20种字母，不包含的6种字母是BJOUXZ。
20种氨基酸的结构符合一个通式，如下图所示，中间的碳原子称为Cα碳原子，表示它处在α位；左边连了一个氨基-NH2，称为N端；右边连了一个羧基-COOH，称为C端。20种不同氨基酸的差别就在于Cα上连接的侧链基团R，具体的差别网上一搜就能查到。
20种氨基酸连接的方式为脱水缩合，即一个氨基酸的羧基-COOH和另一个氨基酸的氨基-NH2反应，丢掉一个H2O，形成一个肽键-CO-NH-，如下图所示。丢掉了羧基和氨基的氨基酸被称为氨基酸残基，这个名词很形象，氨基酸缺胳膊少腿，所以变成了“残”基。
二级结构二级结构就是在一级结构的字符串的基础上，肽链怎样进行盘旋、折叠等变换，形成一种局部的三维结构，这种局部的三维结构通常由氢键支撑。常见的二级结构有α螺旋和β折叠，如下图所示。其中α螺旋的每个残基的-NH的H和临近的第4个残基的-CO的O形成氢键，由此支撑α螺旋的结构稳定性，如下图的箭头所指虚线。β折叠则是两条肽链，平行排列，对应残基的-NH的H和-CO的O形成氢键，由此形成两股β折叠的结构，多股β折叠形成类似手风琴的样子。β折叠分为平行和反平行排列，我们前面介绍到肽段分为N端和C端，如果形成β折叠的两股链都是从N到C（或从C到N），则称为平行排列，否则是反平行排列。每股β折叠都有一个大箭头表示其方向。
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