Pdb Database

Banco de Dados PDB

Visão Geral

RCSB PDB é o repositório mundial de dados estruturais 3D de macromoléculas biológicas. Busque estruturas, recupere coordenadas e metadados, realize buscas de similaridade por sequência e estrutura em mais de 200.000 estruturas determinadas experimentalmente e modelos computacionais.

Quando Usar Este Skill

Este skill deve ser usado quando:

• Buscar estruturas 3D de proteínas ou ácidos nucléicos por texto, sequência ou similaridade estrutural
• Baixar arquivos de coordenadas nos formatos PDB, mmCIF ou BinaryCIF
• Recuperar metadados estruturais, métodos experimentais ou métricas de qualidade
• Realizar operações em lote em múltiplas estruturas
• Integrar dados PDB em workflows computacionais para descoberta de fármacos, engenharia de proteínas ou pesquisa em biologia estrutural

Capacidades Principais

1. Buscando Estruturas

Encontre entradas PDB usando vários critérios de busca:

Busca por Texto: Busque por nome de proteína, palavras-chave ou descrições

from rcsbapi.search import TextQuery
query = TextQuery("hemoglobin")
results = list(query())
print(f"Found {len(results)} structures")

Busca por Atributo: Consulte propriedades específicas (organismo, resolução, método, etc.)

from rcsbapi.search import AttributeQuery
from rcsbapi.search.attrs import rcsb_entity_source_organism

# Find human protein structures
query = AttributeQuery(
    attribute=rcsb_entity_source_organism.scientific_name,
    operator="exact_match",
    value="Homo sapiens"
)
results = list(query())

Similaridade de Sequência: Encontre estruturas semelhantes a uma sequência dada

from rcsbapi.search import SequenceQuery

query = SequenceQuery(
    value="MTEYKLVVVGAGGVGKSALTIQLIQNHFVDEYDPTIEDSYRKQVVIDGETCLLDILDTAGQEEYSAMRDQYMRTGEGFLCVFAINNTKSFEDIHHYREQIKRVKDSEDVPMVLVGNKCDLPSRTVDTKQAQDLARSYGIPFIETSAKTRQGVDDAFYTLVREIRKHKEKMSKDGKKKKKKSKTKCVIM",
    evalue_cutoff=0.1,
    identity_cutoff=0.9
)
results = list(query())

Similaridade Estrutural: Encontre estruturas com geometria 3D similar

from rcsbapi.search import StructSimilarityQuery

query = StructSimilarityQuery(
    structure_search_type="entry",
    entry_id="4HHB"  # Hemoglobin
)
results = list(query())

Combinando Consultas: Use operadores lógicos para construir buscas complexas

from rcsbapi.search import TextQuery, AttributeQuery
from rcsbapi.search.attrs import rcsb_entry_info

# High-resolution human proteins
query1 = AttributeQuery(
    attribute=rcsb_entity_source_organism.scientific_name,
    operator="exact_match",
    value="Homo sapiens"
)
query2 = AttributeQuery(
    attribute=rcsb_entry_info.resolution_combined,
    operator="less",
    value=2.0
)
combined_query = query1 & query2  # AND operation
results = list(combined_query())

2. Recuperando Dados de Estrutura

Acesse informações detalhadas sobre entradas PDB específicas:

Informações Básicas da Entrada:

from rcsbapi.data import Schema, fetch

# Get entry-level data
entry_data = fetch("4HHB", schema=Schema.ENTRY)
print(entry_data["struct"]["title"])
print(entry_data["exptl"][0]["method"])

Informações de Entidade Polimérica:

# Get protein/nucleic acid information
entity_data = fetch("4HHB_1", schema=Schema.POLYMER_ENTITY)
print(entity_data["entity_poly"]["pdbx_seq_one_letter_code"])

Usando GraphQL para Consultas Flexíveis:

from rcsbapi.data import fetch

# Custom GraphQL query
query = """
{
  entry(entry_id: "4HHB") {
    struct {
      title
    }
    exptl {
      method
    }
    rcsb_entry_info {
      resolution_combined
      deposited_atom_count
    }
  }
}
"""
data = fetch(query_type="graphql", query=query)

3. Baixando Arquivos de Estrutura

Recupere arquivos de coordenadas em vários formatos:

Métodos de Download:

• Formato PDB (formato texto legado): https://files.rcsb.org/download/{PDB_ID}.pdb
• Formato mmCIF (padrão moderno): https://files.rcsb.org/download/{PDB_ID}.cif
• BinaryCIF (binário comprimido): Use a API ModelServer para acesso eficiente
• Montagem biológica: https://files.rcsb.org/download/{PDB_ID}.pdb1 (para a montagem 1)

Exemplo de Download:

import requests

pdb_id = "4HHB"

# Download PDB format
pdb_url = f"https://files.rcsb.org/download/{pdb_id}.pdb"
response = requests.get(pdb_url)
with open(f"{pdb_id}.pdb", "w") as f:
    f.write(response.text)

# Download mmCIF format
cif_url = f"https://files.rcsb.org/download/{pdb_id}.cif"
response = requests.get(cif_url)
with open(f"{pdb_id}.cif", "w") as f:
    f.write(response.text)

4. Trabalhando com Dados de Estrutura

Operações comuns com arquivos recuperados:

Analisar e Processar Coordenadas: Use BioPython ou outras bibliotecas de biologia estrutural para trabalhar com arquivos baixados:

from Bio.PDB import PDBParser

parser = PDBParser()
structure = parser.get_structure("protein", "4HHB.pdb")

# Iterate through atoms
for model in structure:
    for chain in model:
        for residue in chain:
            for atom in residue:
                print(atom.get_coord())

Extrair Metadados:

from rcsbapi.data import fetch, Schema

# Get experimental details
data = fetch("4HHB", schema=Schema.ENTRY)

resolution = data.get("rcsb_entry_info", {}).get("resolution_combined")
method = data.get("exptl", [{}])[0].get("method")
deposition_date = data.get("rcsb_accession_info", {}).get("deposit_date")

print(f"Resolution: {resolution} Å")
print(f"Method: {method}")
print(f"Deposited: {deposition_date}")

5. Operações em Lote

Processe múltiplas estruturas com eficiência:

from rcsbapi.data import fetch, Schema

pdb_ids = ["4HHB", "1MBN", "1GZX"]  # Hemoglobin, myoglobin, etc.

results = {}
for pdb_id in pdb_ids:
    try:
        data = fetch(pdb_id, schema=Schema.ENTRY)
        results[pdb_id] = {
            "title": data["struct"]["title"],
            "resolution": data.get("rcsb_entry_info", {}).get("resolution_combined"),
            "organism": data.get("rcsb_entity_source_organism", [{}])[0].get("scientific_name")
        }
    except Exception as e:
        print(f"Error fetching {pdb_id}: {e}")

# Display results
for pdb_id, info in results.items():
    print(f"\n{pdb_id}: {info['title']}")
    print(f"  Resolution: {info['resolution']} Å")
    print(f"  Organism: {info['organism']}")

Instalação do Pacote Python

Instale o cliente da API Python oficial do RCSB PDB:

# Current recommended package
uv pip install rcsb-api

# For legacy code (deprecated, use rcsb-api instead)
uv pip install rcsbsearchapi

O pacote rcsb-api fornece acesso unificado às APIs Search e Data através dos módulos rcsbapi.search e rcsbapi.data.

Casos de Uso Comuns

Descoberta de Fármacos

• Busque estruturas de alvos para medicamentos
• Analise sítios de ligação de ligantes
• Compare complexos proteína-ligante
• Identifique bolsas de ligação similares

Engenharia de Proteínas

• Encontre estruturas homólogas para modelagem
• Analise relações sequência-estrutura
• Compare estruturas mutantes
• Estude estabilidade e dinâmica de proteínas

Pesquisa em Biologia Estrutural

• Baixe estruturas para análise computacional
• Construa alinhamentos baseados em estrutura
• Analise recursos estruturais (estrutura secundária, domínios)
• Compare métodos experimentais e métricas de qualidade

Educação e Visualização

• Recupere estruturas para ensino
• Gere visualizações moleculares
• Explore relações estrutura-função
• Estude conservação evolutiva

Conceitos-Chave

ID PDB: Identificador único de 4 caracteres (ex: "4HHB") para cada entrada de estrutura. Entradas de AlphaFold e ModelArchive começam com prefixos "AF_" ou "MA_".

mmCIF/PDBx: Formato de arquivo moderno que usa estrutura chave-valor, substituindo o formato PDB legado para estruturas grandes.

Montagem Biológica: A forma funcional de uma macromolécule, que pode conter múltiplas cópias de cadeias da unidade assimétrica.

Resolução: Medida de detalhe em estruturas cristalográficas (valores menores = maior detalhe). Intervalo típico: 1,5-3,5 Å para estruturas de alta qualidade.

Entidade: Um componente molecular único em uma estrutura (cadeia de proteína, DNA, ligante, etc.).

Recursos

Este skill inclui documentação de referência no diretório references/:

references/api_reference.md

Documentação abrangente da API cobrindo:

• Especificações detalhadas de endpoints da API
• Padrões de consulta avançados e exemplos
• Referência de schema de dados
• Rate limiting e melhores práticas
• Solução de problemas para problemas comuns

Use esta referência quando você precisar de informações aprofundadas sobre recursos da API, construção de consultas complexas ou informações detalhadas sobre schema de dados.

Recursos Adicionais

• Site RCSB PDB: https://www.rcsb.org
• Portal Educacional PDB-101: https://pdb101.rcsb.org
• Documentação da API: https://www.rcsb.org/docs/programmatic-access/web-apis-overview
• Docs do Pacote Python: https://rcsbapi.readthedocs.io/
• Documentação da Data API: https://data.rcsb.org/
• Repositório GitHub: https://github.com/rcsb/py-rcsb-api