劍橋晶體資料庫中心

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劍橋晶體數據中心(CCDC, Cambridge Crystallographic Data Centre)源於劍橋大學Olga Kennard博士領導的晶體學組織的活動。自1965年起就從事晶體數據的收集、整理與計算機化工作,該中心發展的劍橋結構資料庫系統CSDS (The Cambridge Structural Database System,簡寫為CSDS)是基於X光和中子衍射實驗唯一的小分子及金屬有機分子晶體的結構資料庫。

目前,劍橋結構資料庫系統(CSDS)已經在世界上幾乎每一個化學部門都被使用。在大中華區,已有超過50家科研單位訂購(包括中國科學院圖書館、中國科學院上海藥物所、北京化工大學圖書館、南開大學圖書館、南方科技大學圖書館、南京大學圖書館、廈門大學圖書館、中山大學圖書館、汕頭大學圖書館、內蒙古大學圖書館等等),該資料庫體現了極高的科研價值。

CSCD資料庫簡介 CSCD資料庫簡介

下面對CSDS資料庫系統提供什麼信息、套用範圍、如何使用做下說明:

多年來,CSDS一直保持不間斷更新(每年增加超過50,000個結構信息),同時完善已有的結構信息。隨著網頁的定期更新和訪問最新出版的結構信息,訂戶可以掌握最新的研究信息(如圖1所示)。目前,劍橋結構資料庫含有875,000多有機及金屬有機化合物的X射線和中子射線衍射的分析數據;其獨特的3D結構已經成為世界上眾多科學家必不可少的資源。

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圖1顯示自1972年以來,CSD的增長情況。紅色柱狀表示每年增加的結構量。

劍橋結構資料庫中的每一條信息都包括:

•三維結構數據:原子坐標、晶胞參數、空間群、結構精密度指標、溫度與壓力條件、 無序分布細節

•二維結構圖:原子和鍵的性質與關聯

•化學式和化合物名稱,多肽化合物的胺基酸序列

•完整的文獻資料,其中部分直接與電子版文獻連線

•交叉引用立體異構體及有關重新解釋和確認的詳情

•其它已發表的與該分子有關的信息:化合物來源、結晶條件、結對構型的確定實驗、 多晶型現象(同質多像)及生物活性

套用範圍:

•搜尋、顯示晶體結構

•分析分子參數

•研究構象取向

•搜尋藥效團模型

•檢測分子內和分子間相互作用

•快捷地提取與分析分子的幾何結構

•預測分子間相互作用

•確認特定官能團間相互作用的模式

•檢索相似的晶胞堆積特性

•計算晶胞堆積相似度等

劍橋資料庫系統由以下八個功能模組構成:

ConQuest:是從劍橋結構資料庫搜尋和提取結構信息的基礎軟體,該程式提供在資料庫中全方位的文字、數字查詢及高級搜尋功能。★Classroom Conquest:為幫助群體教學活動所設計的,擁有ConQuest所有功能,用戶可以根據需要無限量安裝Classroom Conquest。(參見圖2和圖3)

用戶使用ConQuest還可以做到:

1. 繪製化學子結構的直觀線框圖,定義幾何參數;

2. 導出系統結構,直接進入Mercury連結;

3. 管理熱點結構,整合搜尋結果

4. 進行CSD批量搜尋

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圖2:ConQuest繪圖視窗

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圖3:瀏覽熱點結構的同時進行搜尋功能

Mercury:提供了一整套豐富的軟體工具,能夠顯示及比較 3D晶體與分子結構,從而探索分子網路與晶胞堆積。利用該模組,可以完成計算顯示幾何參數,顯示晶體切面,顯示立體視圖及空間群對稱元素,模擬多晶衍射圖等項任務(參見圖4)。

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圖4: Ethyl 2-amino-oxazole-5-carboxylate 的BFDH理論晶體結構展示(BOQROO)。

PreQuest:可以方便用戶構建自己專用的晶體結構資料庫,之後可以使用ConQuest單獨搜尋或者與CSD結合進行搜尋。該模組可以識別眾多的數據輸入格式,同時可根據三位晶體結構自動顯示二維化學結構圖、進行二維化學結構圖的編輯功能以及顯示、驗證和編輯三維結構數據。

Mogul:只需點擊一下,即可迅速從CSD中幾百萬個各類化學鍵長、鍵角和非環扭轉角數據中提取信息,以便快捷地顯示分子的幾何結構。套用範圍包括驗證新的晶體結構,發現非同尋常的幾何特性,查證通過計算而得到的構象(如,過濾篩選蛋白質-配體嵌合模擬的結果,以便去除不可能的配體構象),以及建立配體庫用於蛋白質晶體結構的精確調整(圖5)。

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圖5:轉氨酶結構中應變配體幾何的識別(1ajs)。

IsoStar:可提供對收集在CSD和PDB實驗數據中的非鍵相互作用的幾何參數信息的快速訪問。對於一個中央基團(A)和一個接觸基團(B)之間的相互作用,IsoStar可通過疊加基團A的單體,以三維散點分布圖的形式顯示出B在A周圍的分布。通過3D散點圖可以查看收集在CSD中數萬種,和在PDB中近萬種種化學功能基團對。散點圖的等值線可表徵結合熱點,以及任意指定的某種接觸出現的可能性(參見圖6)。

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圖6:苯基官能團周圍羰基官能團波形相互作用-密度分布圖,紅色部分地區是羰基O原子最喜歡的區域。

WebCSD:是劍橋結構資料庫的線上入口網站。

WebCSD使用戶能夠方便快捷地訪問劍橋晶體資料庫的結構知識寶庫。WebCSD用戶還能儘快訪問最新發表的結構(參見圖7)。

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圖7:WebCSD 界面顯示的咖啡因的3D結構及其相關的化學信息(參考編碼CAFINE)

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圖8

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圖9

enCIFer:安全檢查和編輯晶體學信息檔案(CIFs)(參見圖8和圖9)。

用戶使用enCIFer可做到:

1. 識別和改正語法/格式錯誤;

2. 安全編輯晶體學檔案信息(單數據或者數組);

3. 通過兩個數據錄入導向補充晶體學信息檔案,一個導向用於出版細節,另一個導向用於化學、物理和晶體學性能。

4. 從CIF字典裡面選擇一項內容並通過用戶版強制性數據列表核對;

5. 實現CIF結構視圖,包括位移橢球。(圖8:enCIFer界面圖像,顯示標黃色的語法問題;模擬圖像。 圖9:視圖)

CSD Python API:構建和整合詳細的搜尋和分析功能,生成量身定製的工作流。

CSD Python API(套用軟體程式界面)允許用戶以編程的方式使用多種CSD系統功能。用戶可以隨時創建或從 CSD Python API用戶論壇下載CSD生成的分析和工作流,按需剪裁併發表在Mercury個人選單上,實現專業效果視圖和通信。用戶可以使用CSD Python API控制複雜的分析過程,包括自動工作流,並整合日常工作流;還可以和全球的用戶公社中分享信息並從CSD Python API分享信息中受益(參見圖10)。

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圖10:套用軟體程式界面

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