alterlab-brenda

BRENDA 数据库

概述

BRENDA（BRaunschweig ENzyme DAtabase，布伦瑞克酶数据库）是全球最全面的酶信息系统，收录了来自科学文献的详细酶数据。使用官方 SOAP API 查询酶的动力学参数（Km、kcat）、反应方程式、底物特异性、物种信息和最适条件。该数据库包含超过 45,000 种酶及数百万个动力学数据点，可用于生物化学研究、代谢工程和酶发现。

何时使用此技能

遇到以下情况时应使用此技能：

• 搜索酶的动力学参数（Km、kcat、Vmax）
• 获取反应方程式和化学计量关系
• 查找特定底物或反应对应的酶
• 比较不同物种中酶的性质
• 研究最适 pH、温度和条件
• 获取酶抑制和激活数据
• 支持代谢途径重建和逆合成
• 开展酶工程和优化研究
• 分析底物特异性和辅因子需求

不适用的情况

场景	请改用
代谢途径图、KEGG Orthology 或化合物到途径的映射	alterlab-kegg
基因组规模的通量模拟（FBA/FVA、基因敲除）	alterlab-cobrapy
药物靶点的药物／化合物生物活性（IC50、Ki）	alterlab-chembl
酶的蛋白质序列、结构域或 GO 注释	alterlab-uniprot

核心能力

BRENDA 的访问功能分为九个能力领域。每项功能的可直接复制代码片段位于 references/capabilities.md。

1. 动力学参数检索 — 按 EC 编号／物种／底物查询 Km、kcat、Vmax。
2. 反应信息 — 反应方程式和化学计量关系。
3. 酶发现 — 按底物、产物或反应模式查找酶。
4. 特定物种数据 — 比较不同物种中酶的性质。
5. 环境参数 — 最适／稳定 pH 和温度、辅因子。
6. 底物特异性 — 各底物对应的 Km/Vmax/kcat、亲和力排序。
7. 抑制和激活 — Ki、IC50、激活剂及其机制。
8. 酶工程支持 — 嗜热同源酶、耐 pH 变体。
9. 动力学建模 — 建模参数和 Michaelis-Menten 曲线。

核心工作流

典型的入口是按 EC 编号检索动力学数据，然后解析分隔符格式的响应：

from scripts.brenda_client import get_km_values
from scripts.brenda_queries import parse_km_entry

km_data = get_km_values("1.1.1.1", organism="Saccharomyces cerevisiae")
for entry in km_data:
    parsed = parse_km_entry(entry)
    # parse_km_entry keys mirror the raw BRENDA fields: 'kmValue' (string)
    # plus a derived 'km_value_numeric' (float). There is no 'km_value' key.
    print(parsed.get("organism"), parsed.get("substrate"), parsed.get("km_value_numeric"))

EC 编号必须完整限定（例如 1.1.1.1，而非 1.1.1）。通配符（*）可扩大搜索范围。有关响应格式和解析辅助工具，请参阅 references/data_formats.md。

SOAP 调用约定。 brenda_zeep.wsdl 操作按 WSDL 顺序接受彼此独立的参数 — client.service.getKmValue(email, sha256_pw, "ecNumber*1.1.1.1", "organism*Homo sapiens", "kmValue*", "kmValueMaximum*", "substrate*", "commentary*", "ligandStructureId*", "literature*") — 并返回类型化对象列表。在 zeep 中传入单个逗号分隔的字符串会失败（“Missing element password”）。scripts/brenda_client.py 会处理参数顺序，并将结果转换为 field*value#… 字符串，供解析器使用。

使用政策。 BRENDA 要求客户端每秒最多发送一次请求（客户端会强制执行此限制），其数据依据 CC BY 4.0 许可协议授权 — 在衍生作品中请注明 BRENDA。

安装要求

uv pip install zeep requests pandas matplotlib seaborn

身份验证设置

BRENDA 需要身份验证凭据：

1. 创建 .env 文件：

[email protected]
BRENDA_PASSWORD=your_brenda_password

2. 或设置环境变量：

export BRENDA_EMAIL="[email protected]"
export BRENDA_PASSWORD="your_brenda_password"

3. 注册以访问 BRENDA：
   • 访问 https://www.brenda-enzymes.org/
   • 创建账户
   • 查收包含凭据的邮件
   • 注意：为兼容旧版，也支持 BRENDA_EMIAL（注意这里的拼写错误）

辅助脚本

此技能在 scripts/ 下提供了三个 Python 辅助脚本：

• scripts/brenda_queries.py — 高级酶数据分析（解析、搜索、跨生物体比较、环境参数、特异性、抑制剂/激活剂、工程改造目标）。
• scripts/brenda_visualization.py — 动力学/pH/温度/底物图表和 Michaelis-Menten 曲线。
• scripts/enzyme_pathway_builder.py — 酶促途径和逆合成路线构建。

完整的函数清单和用法请参阅 references/helper_scripts.md。

参考索引

• references/api_reference.md — 完整的 SOAP API 方法文档、参数列表/格式、EC 编号结构/验证、响应规范、错误代码、文献引用格式。
• references/capabilities.md — 九个功能领域的即用代码。
• references/workflows.md — 六个端到端工作流（发现、跨生物体比较、工程改造目标、途径构建、动力学分析、工业筛选）。
• references/helper_scripts.md — 三个辅助脚本的函数清单和用法。
• references/data_formats.md — BRENDA 响应格式、解析模式、速率限制、错误处理、故障排除及其他资源。