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[交流] 简介--英国剑桥晶体数据库

英国剑桥晶体结构数据系统简介及中国区中心－－－中国科学院化工冶金所计算机化学开放实验室
353信箱，北京100080
本文简介了英国剑桥晶体结构数据系统及在中国科学院化工冶金所计算机化学
开放实验室建立的该系统的中国区中心(National Affiliated Centre of China)。

分子晶体结构包含着准确的分子结构信息(如键长、键角、两面角等),及分子间
相互作用的信息(如氢键、极性作用、范德华作用、芳香性作用等)。因此，分
子晶体结构信息是现代科学的重要基础，它已为现代化学、生物学、物理学、
材料等学科的发展做出了极大的贡献(如帮助发现化学键、氢键、蛋白质、
DNA、核酸、催化剂、光电学材料等)，是多种学科的一个极其重要的工具。
位于英国剑桥大学的剑桥晶体数据中心(CCDC Cambridge Crystallographic Data Centre)自1965年起就从事晶体数据的收集、整理与计算机化工作。该中心发展
的剑桥结构数据库CSD (Cambridge Structural Database)是基于X光和中子衍射
试验唯一的有机小分子及有机金属分子晶体结构数据库。本文将简要介绍
CCDC提供的剑桥晶体结构数据系统CSDS (Cambridge Structural Database System)及最近在中科院化冶所计算机化学开放实验室成立的中国区中心，重
点放在CCDC的核心产品CSD。

1 CSDS－剑桥晶体结构数据系统

通过与美国Brookhaven国家实验室合作, CCDC目前提供的剑桥晶体结构
数据系统CSDS 包括:

1. CSD;
2. Brookhaven蛋白质数据库PDB (Protein Data Bank);
3.Isostar-关于非键相互作用的数据库。

CSD是CSDS的核心，包括数据和软件两大部分。目前CSD每年大约增加一万
个化合物。随着实验方法的进步，新装入数据的质量越来越高,R值常小于0.05.
PDB是目前世界上最重要的关于多肽、蛋白质、DNA、RNA等生物大分子及
它们与小分子相互作用而形成复合物的晶体数据库。包括CSD和PDB的CSDS
是关于分子设计和材料设计的物质结构微观信息的主要来源。

CCDC每年在四月和十月为用户免费更新CSDS版本两次。1998年4月CCDC 发布的CSDS 5.15版本包括三张光盘(CD-ROM):

第一张光盘包括181,309个有机或有机金属分子晶体结构数据和查询、显示及
分析软件的CSD(第一次包括有156个高分子的晶体结构数据，如尼龙和聚乙烯)；
第二张光盘是压缩后Brookhaven的PDB，包括7,157个生物大分子晶体结构实验
数据，原Brookhaven需4张光盘；第三张光盘是一个专门面向分子设计的数据
库-IsoStar. 它含有大量关于非键相互作用的试验及理论信息，如几何、能量和
非键接触频率信息。是研究物质间相互作用的一个有力工具。Isostar数据主要
从CSD、PDB和分子轨道计算导出。

2 CCDC对使用CSDS规定

CCDC是一个非盈利的科研组织，它的大部分经费来源于各种资助，由出租
CSDS收回的资金仅占全部费用的一小部分。它出租的对象分为非盈利的科
研组织和盈利的商业组织。对这两种组织收取的租费是不一样的。CCDC要
求非盈利的科研组织在使用CSDS时不能有任何形式的商业行为。

根据CCDC的规定，每个租用CSDS的用户必须通过NAC签署一份CCDC提供
的协议。协议要求NAC和用户尽一切能力维护CCDC的CSDS的版权，要求用
户给出计算机型号和操作系统，限定仅仅CSDS的租用单位和该单位的访问学
者可以使用CSDS。协议指出如果用户违背规定,CCDC或NAC有权在随时终止
与NAC或用户的合同，并且有关用户必须销毁所有CSDS光盘、在计算机中存储
的数据、软件及各种形式的备份。

CCDC要求所有使用CSD的研究人员在发表文章时必须引用文献:
3D Search and Research Using the Cambridge Structural Database, Allen, F.H. and Kennard, O. Chemical Design Automation News, 8 (1), pp 1 & 31-37, 1993.

使用IsoStar必须引用文献:
Bruno, I.J., Cole, J.C., Lommerse, J.P.M., Rowland, R.S., Taylor, R. and Verdonk, M.L., J. Computer-Aided Molec. Design, 11, 525, 1997.

3 剑桥结构数据库CSD

CCDC基本上包括已发表的所有原子个数(包括氢原子)在500以内的有机及有机
金属化合物晶体数据，并对收集的数据进行严格评审。随着PDB和NDB
(Nucleic Acid Database)快速发展，CCDC不再包括低核苷酸的数据。但是增加
了高分子的数据。CCDC没有提供CSD新版化合物类型的分布。它所提供的
1992年10月版本102,589个化合物的类型分布如下，由此可看出CSD化合物
类型大致的分布。

用户在使用时需注意新版CSD与旧版本的化合物分类方法相比有很大变化，它
仅保留了少量原化合物类型，并重新分类(见下表，表中百分比是相对于目前
总数17,5093个化合物的)。从表中可见新分类的化合物仅为全部化合物的一小
部分。

CSD包括功能完整的应用软件，它不仅具有数十种查询化合物的方法，还提供了
分子结构信息统计方法和三维图像演示方法，以帮助研究人员寻找、观察、分
析和总结有关的化合物信息。CSD软件分为基本软件系统和图形软件系统。

基本软件系统和功能 QUSET 一维和二维信息查询；GSTAT多功能三维搜索
和几何计算； PLUTO 把分子晶体结构及它的环境以三维方式显示出来。

图形软件系统和功能 QUEST3D 交互式的一维、二维和三维信息查询程序; PREQUEST 帮助检查结构及创建用户自己的用于QUEST查询的数据库;
VISTA 对得到的数据进行统计分析。

尽管QUEST3D包括了许多PLUTO的功能，但有时还是需要PLUTO来显示分子
结构。图形软件系统对计算机的要求比基本软件系统的要求高一些，如要求使
用工作站或Tektronix (或与其兼容的)显示器。基本软件系统在装有Linux操
作系统和X-Windows软件的PC机上就可运行。

CCDC通过Internet提供各种有关的信息。其中包括对CCDC及产品的介绍，新
闻的分布，在线帮助(主要产品的介绍和使用手册等)，其WWW地址是
http://www.ccdc.cam.ac.uk

4 英国剑桥晶体结构数据系统中国区中心

CCDC在全世界有一千多个科研机构和产业机构用户。为了便于管理，CCDC
采用通过委托建立国家或地区中心(NAC National Affiliated Centre)的方式
来发布CSDS和维护其版权。到1998年2月为止，已有33个国家或地区建立了
CSDS代理中心，其中中国是最近恢复加入的。
Australia Hong Kong Poland
Austria Hungary Portugal
Belgium Ibero-America South Africa
Canada Israel Spain
China Italy Sweden
Czech Republic and Slovakia Japan Switzerland
Denmark Korea Taiwan
Finland Malaysia and Singapore UK
France Netherlands USA
Germany New Zealand USSR*
Greece Norway Yugoslavia*

* Former

从1986年至1989年，中国科学院化工冶金所计算机化学开放实验室与北京大学
化学系曾联合租用了剑桥结构数据库的使用权(当时该库含有几万个化合物)。
自1990年起，由于经费问题停止了使用权的租用。

最近，由英国剑桥晶体数据中心授权，并在中国科学院计算机网络中心大力支
持下，在中国科学院化工冶金所计算机化学开放实验室恢复建立了CSDS中国
区中心，负责该系统在中国大陆的租用和版权维护工作。

目前CSDS租用费用为12000元/年。

5 结束语

由英国剑桥晶体数据中心维护和发展的CSDS(主要是CSD)是一个具有大量分子
晶体结构信息的数据库系统。CSDS的引入为在我国发展新的药物、材料及化学
化工产品提供了一个有力的工具。因此，维护CSDS的版权，有效、合理地使用
CSDS对于促进我国有关科研领域工作是非常重要的。

[ Last edited by 小红豆 on 2007-6-12 at 20:36 ]

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