本論文採用林宏仁等[58]的 α-ball 蛋白表面結構模型研究成果，他們發現的 蛋白表面結構中功能相同功能的蛋白質之間，其胺基酸序列和結構有相似的可能 性。但研究顯示，通常相似的胺基酸序列和結構，其功能大不相同[59][60][61]。
功能相同的蛋白質，通常是以活化部位和結合部位相似為主要依據[62][63]。所 以正確的找出活化部位和結合部位的位置，就成為蛋白質結構的重要問題。
6.1. 蛋白質表面結構 α-ball 模型之介紹
此篇論文是採用Richards 提出的 Solvent Excluded Surface(SES)觀念為基礎 來製作。先以虛擬球體接觸蛋白質表面結構原子的路徑紀錄後，之後將紀錄的路 徑重新描繪，便可得到蛋白質表面結構。主要依據蛋白質之間互相嵌合(docking) 作用，利用形狀的互補(shape complementarity)關係，使虛擬球體停留的地方便是 能接合的位置。
蛋白質表面結構α-ball 模型的流程，先以凡得瓦力為原子的半徑，再將所有 原子組成蛋白質。之後由端點開始使用虛擬球體滾動蛋白質表面結構，並限制只 可在外圍滾動。便可建立此篇論文所需要的搜尋、擷取的演算法。
此篇論文在做搜尋和擷取時，所運用的虛擬球體稱為 α-ball。α-ball 所滾動 的蛋白質表面結構則稱為α-surface。α 所代表的意義為虛擬球體的半徑。α 值改 變的話，所滾動出的蛋白質表面結構也會有所不同。因此可依照使用者所需來改 變α-ball 的大小。
α-ball 如何來滾動蛋白質表面結構，可由圖 26 觀察出。圖中 A 和 B 為蛋白 質表面結構中的原子，可看出α-ball 從 A 原子滾動到 A 原子和 B 原子之間的空
隙。α-ball 在兩個原子或多個原子之間的空隙停留時，會形成凹面，這便是互補 關係。
圖26 α-ball滾動蛋白質表面結構，圖中白色球體為蛋白質表面結構，黃色球體為 α-ball，虛線為滾動的軌道，α’為到達凹面時的代號。
α-ball 和 α-surface 接觸時，可由圖 27 中觀察出。圖中 A、B、C、D、E 和 F 為蛋白質表面結構中的原子。A 原子由於沒有和 α-ball 有接觸，所以不屬於 α-surface 的一部分。改變 α-ball 的大小時，則 α-surface 也會改變，如圖 28 所示。
此時A 原子有跟 α-ball 接觸，便為 α-surface 一部分。因此可由 α-ball 的大小設 定，來搜尋蛋白質表面結構會被結合的部位。
圖27 α-ball和α-surface示意圖-原子無接觸情況，A原子由於沒有和α-ball有接觸，
所以不屬於α-surface的一部分。
圖28 α-ball和α-surface示意圖-原子接觸情況，改變α-ball大小，所得到的結合部位 也會有所不同。A原子由於有和α-ball有接觸，所以屬於α-surface的一部分。
6.2. 蛋白質表面結構 α-ball 模型相關研究
蛋白質表面結構的研究中，蛋白質所組成的原子通常以球體形狀表示。球體 的大小，則是看原子的凡得瓦力(van der Waals force)大小來設定。在 1971 年，
Lee 和 Richards[64]以 Solvent Accessible Surface(SAS)的觀念描繪出表面結構。
SAS 的做法為用一個虛擬球體滾動蛋白質表面結構，最後將滾動的路徑紀錄後便 可描繪出蛋白質表面結構，如圖 29 所示。在 1977 年時，Richards[65]則提出以 Solvent Excluded Surface(SES)的觀念描繪蛋白質表面結構。SES 的做法為用一個 虛擬球體滾動蛋白質表面結構，之後將虛擬球體和蛋白質表面結構接觸的路徑紀 錄後，便可描繪出蛋白質表面結構，如圖30 所示。
圖29 Solvent Accessible Surface(SAS)示意圖。圖中白色球體為蛋白質表面結構，
黃色球體為虛擬球體，藍色虛線則為SAS。
圖30 Solvent Excluded Surface(SES)示意圖。圖中白色球體為蛋白質表面結構，
黃色球體為虛擬球體，紅色實線則為SES。
描繪出蛋白質表面結構後，便可依照各種蛋白質的特性，來找出蛋白質的活 性，活化部位和結合部位。此篇論文是採用 SES 的觀念，來描繪蛋白質表面結 構。
6.3. 蛋白質表面結構 α-ball 模型運作圖示
此部分我們分別以預設的1.4Å，和統計出的磷酸根半徑 2.15Å，作為 α-ball 的半徑。做測試的蛋白質則使用DSP 為雙特異性去磷酸水解酶中(PDB ID：1J4X) 為例子，其DSP 名稱為 DUSP3 成員蛋白。圖 31 到圖 33 則為蛋白質表面結構 α-ball 模型實際圖形。
DUSP3 擁有 1480 個原子。經過蛋白質表面結構 α-ball 模型程式的 α-ball 滾 動後，α-ball 半徑 1.4Å 測出 1444 個原子，滾動出 827 個表面原子，使用了 2737 個α-ball。α-ball 半徑 2.15Å 則測出 1444 個原子，滾動出 468 個表面原子，使用 了1381 個 α-ball。圖 31 為原始的 1J4X 成員蛋白 DUSP 3 表面結構圖。圖 32 和 圖33 分別為滾動後的表面原子結構和 α-ball 覆蓋在表面原子結構上的情形。
圖31 DUSP3成員蛋白原始表面結構圖
圖32 α-ball半徑為1.4Å的DUSP3成員蛋白表面結構圖和α-ball覆蓋的表面原子結 構圖
圖33 α-ball半徑為2.15Å的DUSP3成員蛋白表面結構圖和α-ball覆蓋的表面原子結 構圖。
由蛋白質表面結構α-ball 模型實際圖形可知，當 α-ball 半徑越大時，所測到 的表面結構會越少,但 α-ball 則會將整個表面結構覆蓋住。要精確的測得表面結 構，則必須將α-ball 半徑設定到一定的最小值。
6.4. 受質磷酸根團在 DSP 活化部位內部所量測距離
蛋白質表面結構α-ball 模型的作用是模擬磷酸根團，為了得到準確的磷酸根
α-ball 的範圍做統計，以得到最佳的 α-ball 範圍值。圖 34 為 DSP 中的 DUSP3 成 員蛋白其PDB 編號為 1J4X 的活化部位結構示意圖。
圖34 活化部位結構示意圖。
圖中藍色部分為氮原子，綠色部分代表碳原子，紅色圓球代表氧原子，黃色 圓球代表磷原子。綠色圓球代表磷酸根團的範圍，灰色弧形代表活化部位的序 列。黑色實線代表氧離子和磷酸根的距離，藍色虛線代表氫鍵的距離，咖啡色虛 線代表磷酸根與胺基酸之間的距離。
從附錄C 的表 16~表 19 中可看出磷酸根團內氧的距離範圍，經本研究計算 為1.54Å~1.6Å，磷酸根團內部氧的距離加氫鍵的距離為 4.46Å~4.62Å。磷酸根與 胺基酸之間的距離為3.92Å~4.23Å。雖然磷酸根團內部氧的距離加氫鍵的距離，
與磷酸根與胺基酸之間的距離，可當蛋白質表面結構α-ball 模型程式中 α-ball 的 半徑範圍。但如要有更準確的半徑的話還必須減掉氫原子和磷原子的範圍值，如 此才算是最準確的α-ball 的半徑範圍。最後決定選用附錄 C 統計結果的中心磷原 子與磷酸根的氧原子中心的距離加上氧原子的半徑1.41Å+0.74Å=2.15Å，和中心
磷原子與磷酸根的氧的距離加氫鍵的距離減去氮原子的半徑 5.8Å-0.74Å=5.06Å 之間的距離來做測試。
6.5. 受質磷酸根團在 PTP 活化部位內部所量測距離
本研究在DSP 家族的磷酸根準確預測後，便將範圍擴大至 PTP 家族。一開 始要先確認PTP 家族中的磷酸根團(圖 35)是否和 DSP 家族的磷酸根團相似。便 計算PTP 家族中 EC3.1.3.16 和 EC3.1.3.48 的磷酸根團中，磷與其連結的四個氧 原子的距離。EC3.1.3.16 代表絲胺酸/酥胺酸特異性去磷酸酶(Serine/threonine specific protein phosphatase)( 表 2) ， EC3.1.3.48 代 表 酪 胺 酸 去 磷 酸 酶 (Protein-tyrosine-phosphatase)(表 3)。統計過後磷酸根團的距離相差甚小。在統計 的過程中由於去磷酸化作用的時間非常簡短，為了擷取去磷酸化的過程，因此將 磷酸根中的磷原子(P)用硫原子(S)或鎢原子(W)取代。但取代後的結果，磷酸根團 的距離仍然沒有改變。
圖35 磷酸根團結構圖
表2 絲胺酸/酥胺酸特異性去磷酸酶磷酸根團內部距離 O-1 O-2 O-3 O-4(OH) 平均值 1.54 1.51 1.48 1.59 標準差 0.004 0.006 0.014 0.018
表3 酪胺酸去磷酸酶磷酸根團內部距離
O-1 O-2 O-3 O-4(OH)