蛋白質(zhì)工程_第四章_蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

1、蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程Protein Engineering2教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 第一章 緒論 第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 第三章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析技術(shù) 第四章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 第五章 蛋白質(zhì)的修飾與克隆表達(dá) 第六章 蛋白質(zhì)純化 第七章 蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì) 第八章 蛋白質(zhì)組學(xué) 第九章 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用Chapter 4 Bioinformatics Analysis of Protein Structure第四章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)4Contents of chapter 44.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)4.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)54.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)藍(lán)皮本 P164、P165 表6-1橙皮本 P69一、蛋白質(zhì)序

2、列數(shù)據(jù)庫(kù)二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)6一、 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù) 1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫(kù)查找蛋白序列 GenBank、EMBL、DDBJ 2、從蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)查找蛋白序列 SWISS-PROT、PIR、TreEMBL及三者合 并而成的UniProt71、從三大核酸數(shù)據(jù)庫(kù)找蛋白序列（1）NCBI National Center for Biotechnology Information，NCBI，美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心 / GenBank等公共數(shù)據(jù)庫(kù) 工具： PubMed 查找文獻(xiàn) BLAST 序列比對(duì)8NCBI主頁(yè)9以鼠傷寒沙門

3、氏菌(Salmonella typhimurium) H-1-i基因?yàn)槔祟惖睦∥拿篐omo sapiens101、從三大核酸數(shù)據(jù)庫(kù)找蛋白序列（2）EMBL European Molecular Biology Laboratory，EMBL ，歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室 / EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)，1980年建立11European Bioinformatics Institute，EBI，歐洲生物信息學(xué)研究所http:/www.ebi.ac.uk/它是EMBL的一部分。1992年由歐盟資助建立在英國(guó)的一個(gè)非盈利性學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，也是生物信息學(xué)研究與服務(wù)的歐洲中心

4、。（2）EMBL12EBI開發(fā)多種生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括：（1）核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)（EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)、Ensembl、ENEST、MitBase Server、EDGP、Parasites等）；（2）蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)（SWISS-PROT、TrEMBL、InterPro等）；（3）基因組數(shù)據(jù)庫(kù)；（4）序列結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)（DSSP、HSSP、DALI等）；（5）大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（EBI-MSD等）；（6）人類蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（HPI等）；（7）序列圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)（RHdb Server、GenomeMaps98等）131、從三大核酸數(shù)據(jù)庫(kù)找蛋白序列（3）DDBJ National Institute of

5、 Genetics，NIG，日本國(guó)立遺傳學(xué)研究所 http:/www.nig.ac.jg/ 是日本遺傳學(xué)各方面研究的中心研究機(jī)構(gòu)及生命科學(xué)所有領(lǐng)域的研究基地。 NIG建立的日本DNA數(shù)據(jù)庫(kù)（DDBJ）、歐洲EBI維護(hù)的EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)，以及美國(guó)NCBI的GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，并列為國(guó)際上最著名的三大核酸數(shù)據(jù)庫(kù)。14一、 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù) 1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫(kù)查找蛋白序列 GenBank、EMBL、DDBJ 2、從蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)查找蛋白序列 SWISS-PROT、PIR、TreEMBL及三者合 并而成的UniProt 15 SWISS-PROT、PIR、TreEMBL見P170-173

6、目前UniProt數(shù)據(jù)庫(kù)將以上3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)合并在一起。 包括UniProtKB、UniRef和UniParc三部分 UniProtKB：UniProt Knowledgebase16UniPort數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接：/17蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析18蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 P186 如前圖所示，在UniPort結(jié)果里可看到：（1）Computer pI/MW：蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)和分子量（2）ProtParam：蛋白質(zhì)的理化參數(shù)（3）ProtScale：蛋白質(zhì)的疏水性區(qū)域（4）PeptideMass：蛋白質(zhì)被特異切割（如胰蛋白酶、糜蛋白酶、CNBr）的產(chǎn)物194.1 常用蛋白質(zhì)

7、數(shù)據(jù)庫(kù)藍(lán)皮本 P164、P165 表6-1橙皮本 P69一、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)20二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù) 1、PDB（Protein Date bBank） 2、MMDB（Molecular Modeling Database）211、PDB：/pdb/home/home.do在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中占有中心地位，收集蛋白質(zhì)和其它大分子的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。三維結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)：Jmol Viewer、KiNG Viewer、SWISS-PDB Viewer22CartoonCartoon：彩帶模型，這：彩帶模型，這種顯示法使二級(jí)結(jié)構(gòu)折種顯示法

8、使二級(jí)結(jié)構(gòu)折疊容易辨認(rèn)。疊容易辨認(rèn)。BackboneBackbone：金屬絲模型，：金屬絲模型，表示出多肽主鏈的走向，表示出多肽主鏈的走向，在比較同一種分子的兩在比較同一種分子的兩種構(gòu)象時(shí)有用。種構(gòu)象時(shí)有用。Jmol Viewer模式23Ball and StickBall and Stick：球棍：球棍模型，能顯示原子水平模型，能顯示原子水平上的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)?？梢怨郎系慕Y(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)?？梢怨烙?jì)原子之間的相對(duì)距離，計(jì)原子之間的相對(duì)距離，對(duì)于評(píng)價(jià)氨基酸之間的對(duì)于評(píng)價(jià)氨基酸之間的相互作用很重要。相互作用很重要。CPKCPK：實(shí)心球模型，球體：實(shí)心球模型，球體大小對(duì)應(yīng)每個(gè)原子的范大小對(duì)應(yīng)每個(gè)原子的范德華半徑。

9、對(duì)評(píng)估配體德華半徑。對(duì)評(píng)估配體與結(jié)合位點(diǎn)的適合程度與結(jié)合位點(diǎn)的適合程度非常有用。非常有用。Jmol Viewer模式24蛋白質(zhì)可視化免費(fèi)軟件PymolPymol是強(qiáng)大的分子圖形顯示和基本特征測(cè)定系統(tǒng)。Pymol可在/edu尋找鏈接下載Pymol啟動(dòng)后顯示雙界面，對(duì)分子操作的常用命令界面，多種分析功能界面。 251. 圖形界面左上側(cè)列出主要的可操作對(duì)象并分成幾個(gè)層次，包括所選對(duì)象、蛋白質(zhì)、整體等；2. 每個(gè)層次的對(duì)象有五種主要操作：動(dòng)作(A: action)、顯示(S: Show)、隱藏(H: hide)、標(biāo)記(L: Label)、上色(C: Color)。3. D

10、ispaly下拉菜單中可顯示蛋白質(zhì)中每條肽鏈的序列和非蛋白質(zhì)成分 ，鼠標(biāo)左鍵單擊序列選中特殊待操作的殘基可同時(shí)顯示對(duì)象所在位置 ；還可設(shè)置背景(論文中這類圖一般用白色背景，而報(bào)告中常用黑色背景以增加視覺效果)；4. Wizard中有對(duì)分子常用性質(zhì)測(cè)定模塊，包括距離、電荷等以及嘗試進(jìn)行蛋白質(zhì)分子改造的功能。 蛋白質(zhì)圖形操作和性質(zhì)測(cè)定 262、MMDB：/Structure274.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)藍(lán)皮本 P164、P165 表6-1橙皮本 P69一、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)28三、結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù) 參見P18

11、2 SCOP CATH PDBsum29SCOP：http:/scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ SCOP（Structural Classification of Protein）數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)。 依據(jù)不同蛋白質(zhì)的氨基酸組成的相似性及三級(jí)結(jié)構(gòu)，分為全螺旋、全折疊、 /等11個(gè)結(jié)構(gòu)類型，再按照折疊、超家族、家族進(jìn)一步細(xì)分。 30SCOP：http:/scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/31324.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)P164、P165 表6-1一、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)334.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)一

12、、序列比對(duì)二、二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)三、結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)四、三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)34蛋白質(zhì)分析專家系統(tǒng)蛋白質(zhì)分析專家系統(tǒng)Expert Protein Analysis System，ExPASy/1994年由瑞士生物信息學(xué)院（Swiss Institute of Bioinformatics，SIB）創(chuàng)建的世界上第一個(gè)分子生物學(xué)網(wǎng)站，專門從事蛋白質(zhì)序列、結(jié)構(gòu)、功能和蛋白質(zhì)2D-PAGE圖譜等的分析。通過(guò)該網(wǎng)站可以鏈接到國(guó)際上包括ENZYME、PROSITE、TrEMBL、SWISS-PROT、SWISS-2DPAGE、 SWISS-3DIMAGE等數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)站點(diǎn)，以及SWIS

13、S-MODEL等軟件工具。35/proteomics36/proteomics 各種Database：序列數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù) 各種Tools：序列比對(duì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)等37一、序列比對(duì)n 在生物信息學(xué)研究中，最常用和最經(jīng)典的一個(gè)研究手段，就是通過(guò)序列比對(duì)獲得有用的信息和知識(shí)。n 從核酸及蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)方面來(lái)分析序列的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而能夠推測(cè)它們的結(jié)構(gòu)、功能及進(jìn)化上的聯(lián)系。38一、序列比對(duì) （1）NCBI的BLAST http:/blast.ncbi.nlm.nih.go

14、v/Blast.cgi39一、序列比對(duì) （2）DNAStar軟件的MegAlign：把多序列存成.seq后綴文件 （3）ClustalW軟件：把多序列存成.txt后綴文件40二、二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法：Chou-Fasman法 物理化學(xué)方法：Lim法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能方法 混合方法 參見蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)指南電子版41Chou-Fasman法：根據(jù)20種氨基酸形成-螺旋、-折疊、 -轉(zhuǎn)角的傾向性（P）來(lái)預(yù)測(cè) 20種氨基酸的Chou-Fasman參數(shù)42二、二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) Jpred 在線二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)：http:/pbio.dundee.ac.uk/www-jpred/ SOPMA在線二級(jí)結(jié)構(gòu)

15、預(yù)測(cè)： http:/npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html 43JpredJpred二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法 （1 1） 進(jìn)入進(jìn)入JpredJpred首頁(yè)首頁(yè)（http:/pbio.dundee.ac.uk/www-jpred/http:/pbio.dundee.ac.uk/www-jpred/），）， （2） 在“Sequence”下的空白處直接輸入序列；也可以選擇“Advanced”高級(jí)模式，選擇Email提交方式或留空為網(wǎng)頁(yè)結(jié)果顯示，輸入蛋白質(zhì)序列或者從電腦文件夾中獲取，最后點(diǎn)擊“Make Pr

16、ediction”；（3） 在電子郵箱中找到結(jié)果地址，在彈出的結(jié)果顯示界面選擇進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)果瀏覽、圖形化輸出等操作；44（4） 分析結(jié)果 H：代表-螺旋；E：代表-折疊；-：代表無(wú)規(guī)則卷曲。 JpredJpred二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)45SOPMASOPMA預(yù)測(cè)結(jié)果預(yù)測(cè)結(jié)果46局部結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 藍(lán)皮本P187 橙皮本P73 跨膜結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)：TMPRET 信號(hào)肽預(yù)測(cè)：SignalP 卷曲螺旋（Coiled coil）預(yù)測(cè)：Coils 均可在/proteomics的Tools下找到相應(yīng)程序47SOPMA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法（1） 進(jìn)入SOPMA主頁(yè)(http:/nps

17、a-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_sopma.html)；（2） 在“Paste a protein sequence below”下的空白處提交蛋白序列（原始序列），可以在參數(shù)中進(jìn)行符合我們要求的設(shè)置，然后點(diǎn)擊“SUBMIT”按鈕進(jìn)行分析；48SMARTSMARThttp:/smart.embl-heidelberg.de/結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)三、結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)NCBI conserved domainsNCBI conserved domains/cdd/49http

18、://cdd/50/cdd/51/cdd/52http:/smart.embl-heidelberg.de/53三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的軟件 SWISS-MODEL軟件 在/proteomics的Tools下找到SWISS-MODEL workplace54作業(yè)查找蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中： 棲熱水生菌Taq酶的氨基酸序列、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三維結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵詞：Thermus aquaticus Taq polymerase 要求：對(duì)過(guò)程圖進(jìn)行截圖，保存