蛋白質(zhì)的序列分析及結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)ppt課件(PPT 139頁(yè))

1、蛋白質(zhì)的序列分析及結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè).第1頁(yè)，共139頁(yè)。DNA sequenceProtein sequenceProtein structureProtein function.第2頁(yè)，共139頁(yè)。一、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹二、蛋白質(zhì)序列分析三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)四、應(yīng)用 分子設(shè)計(jì).第3頁(yè)，共139頁(yè)。一、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)主要分為四級(jí), 一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)以及四級(jí)結(jié)構(gòu)。依據(jù)這種結(jié)構(gòu)層次, 將蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)分為: 1. 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)：如PIR、SWISS-PROT、NCBI , 這些數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)主要以蛋白質(zhì)的序列為主, 并賦予相應(yīng)的注釋; 2. 蛋白質(zhì)模體及結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫(kù)：如PROSITE

2、、Pfam, 這些數(shù)據(jù)庫(kù)主要收集了蛋白質(zhì)的保守結(jié)構(gòu)域和功能域的特征序列; 3. 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)： 如PDB 等, 這些數(shù)據(jù)庫(kù)主要以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)測(cè)量數(shù)據(jù)為主; 4. 蛋白質(zhì)分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)：如SCOP、CATH、FSSP 等, 這其中有以序列比較為基礎(chǔ)的序列分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)以及以結(jié)構(gòu)比較為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)之分。.第4頁(yè)，共139頁(yè)。蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)特征: 這些數(shù)據(jù)庫(kù)種類(lèi)有差別, 但內(nèi)部是相互聯(lián)系的. 每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都有指針指向其他數(shù)據(jù)庫(kù), 而且數(shù)據(jù)庫(kù)之間的序列以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)是共享的, 同一種蛋白質(zhì)依次會(huì)出現(xiàn)在不同的數(shù)據(jù)庫(kù).這樣的數(shù)據(jù)溝通有助于更深層地挖掘蛋白質(zhì)的內(nèi)在生物信息, 這些數(shù)據(jù)庫(kù)是融序列信息的索取、處

3、理、存儲(chǔ)、輸出于一身的。.第5頁(yè)，共139頁(yè)。1. 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)（1）PIR(protein information resource, PIR)和PSD (protein sequence database, PSD) /pirwww PIR-PSD 是一個(gè)綜合全面的、非冗余的、專(zhuān)業(yè)注釋的、分類(lèi)完整的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)。PIR-PSD 的序列來(lái)自于將GenBank/ EMBL/ DDBJ 三大數(shù)據(jù)庫(kù)的編碼序列的翻譯而成的蛋白質(zhì)序列、發(fā)表的文獻(xiàn)中的序列和用戶直接提交的序列。（2）SWISS-PROT/ TrEMBL數(shù)據(jù)庫(kù) /swissprot數(shù)據(jù)庫(kù)由蛋白質(zhì)序列條目構(gòu)成, 每個(gè)條目包含蛋白質(zhì)序

4、列、引用文獻(xiàn)信息、分類(lèi)學(xué)信息、注釋等, 注釋中包括蛋白質(zhì)的功能、轉(zhuǎn)錄后修飾位點(diǎn)、特殊位點(diǎn)和區(qū)域、二級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)、與其他序列的相似性、序列殘缺與疾病的關(guān)系、序列變異體等信息。.第6頁(yè)，共139頁(yè)。2. 模體以及結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫(kù)模體數(shù)據(jù)庫(kù)（1）PROSITE 蛋白質(zhì)家族及結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫(kù)( /prosite/ ) PROSITE 數(shù)據(jù)庫(kù)收集了有顯著生物學(xué)意義的蛋白質(zhì)位點(diǎn)序列、蛋白質(zhì)特征序列譜庫(kù)以及序列模型, 并能依據(jù)這些特征屬性快速可靠地鑒定出一個(gè)未知功能蛋白質(zhì)序列屬于哪個(gè)蛋白質(zhì)家族, 即使在蛋白質(zhì)序列相似性很低的情況下, 也可以通過(guò)搜索隱含的功能結(jié)構(gòu)模體(motif)來(lái)鑒定, 因此是有效的序列分析數(shù)

5、據(jù)庫(kù)。 PROSITE 中涉及的序列模式包括酶的催化位點(diǎn)、配體結(jié)合位點(diǎn)、金屬離子結(jié)合位點(diǎn)、二硫鍵、小分子或者蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)域等, 此外PROSITE 還包括由多序列比對(duì)構(gòu)建的序列表譜( profile) , 能更敏感地發(fā)現(xiàn)序列中的信息。.第7頁(yè)，共139頁(yè)。PROSITE同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了序列分析工具: ScanProsite 是用于搜索所提交的序列數(shù)據(jù)是否包含 PROSITE 數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列模式或者SWISS-PROT 數(shù)據(jù)庫(kù)中已提交的序列模式; MotifScan 用于查找未知序列中所有可能的已知結(jié)構(gòu)組件, 數(shù)據(jù)庫(kù)包括PROSITE序列表譜、PROSITE 模式、Pfam 收集的隱馬爾可夫模式

6、( HMM)。.第8頁(yè)，共139頁(yè)。(2) PRINTS Fingerprint Database www.bioinf.man.ac.uk/dbrowser/PRINTS/ 這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含1 500 個(gè)蛋白質(zhì)指紋圖譜, 編碼9 136 個(gè)單一模體。(3) BLOCKS ( / )BLOCKS 是通過(guò)一些高度保守的蛋白質(zhì)區(qū)域比對(duì)出來(lái)的無(wú)空位的片段。模體數(shù)據(jù)庫(kù).第9頁(yè)，共139頁(yè)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫(kù) (1 ) 蛋白質(zhì)家族序列比對(duì)以及隱馬爾可夫模式數(shù)據(jù)庫(kù)Pfam( protein families database of alignments and HMMs)Pfam 是蛋白質(zhì)家族序列比對(duì)以及隱

7、馬爾可夫模式數(shù)據(jù)庫(kù),其網(wǎng)址是: www.sanger.ac.uk/Software/Pfam/index.shtml。 (2) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫(kù)ProDom http:/prodes.toulouse.inra.fr/prodom/doc/prodom.html (3) SMART SMART 是一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)研究工具, 可對(duì)可轉(zhuǎn)移的遺傳因子進(jìn)行鑒定和注解, 以及分析結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu), 可以檢測(cè)出500 多個(gè)參與信號(hào)傳導(dǎo)、胞外和染色體相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域家族, 對(duì)這些結(jié)構(gòu)域又在系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分布、功能分類(lèi)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和重要的功能殘基方面做了注解。 http:/smart.embl-heidelberg.d

8、e/.第10頁(yè)，共139頁(yè)。3. 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)PDB( protein data bank , PDB) /pdb/PDB 包括了蛋白質(zhì)、核酸、蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合體以及病毒等生物大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù), 主要是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù), 這些數(shù)據(jù)來(lái)源于幾乎全世界所有從事生物大分子結(jié)構(gòu)研究的研究機(jī)構(gòu), 并由RCSB 維護(hù)和注釋。.第11頁(yè)，共139頁(yè)。4.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)(1) CATH 數(shù)據(jù)庫(kù) www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cathnew/index.html(2) SCOP 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)( structural classification of protein datab

9、ase,SCOP) scop.mrclmb.cam.ac.uk/scop/index.html.第12頁(yè)，共139頁(yè)。二、蛋白質(zhì)的序列分析1. 蛋白質(zhì)序列信息的獲取 2. 蛋白質(zhì)序列分析 .第13頁(yè)，共139頁(yè)。1. 蛋白質(zhì)序列信息的獲?。?） 直接測(cè)序（2） 翻譯編碼的DNA序列 ORF Finder（3）在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索運(yùn)用ID 號(hào)、入口號(hào)、條目號(hào)等搜索。運(yùn)用關(guān)鍵詞搜索其他方式搜索。如可以通過(guò)引用序列的文獻(xiàn)、序列的作者、序列提交的日期等進(jìn)行搜索。.第14頁(yè)，共139頁(yè)。（1）直接測(cè)序e.g. Protein Sequencing and Identificationby Tandem Mas

10、s Spectrometry，即用串聯(lián)質(zhì)譜儀測(cè)序1. 蛋白質(zhì)序列信息的獲取.第15頁(yè)，共139頁(yè)。串聯(lián)質(zhì)譜及其作用 兩個(gè)或更多的質(zhì)譜連接在一起，稱(chēng)為串聯(lián)質(zhì)譜。最簡(jiǎn)單的串聯(lián)質(zhì)譜（MS|MS）由兩個(gè)質(zhì)譜串聯(lián)而成，其中第一個(gè)質(zhì)量分析器（MS1）將離子預(yù)分離或加能量修飾，由第二級(jí)質(zhì)量分析器（MS2）分析結(jié)果。 .第16頁(yè)，共139頁(yè)。 串聯(lián)質(zhì)譜儀的組合方式： (1) 磁分析器-靜電分析器-磁分析器(2) 靜電分析器-磁分析器-靜電分析器(3) 三重四極濾質(zhì)器質(zhì)譜儀(4) 混合式串聯(lián)質(zhì)譜儀，如MA-ESA-Q-Q。實(shí)現(xiàn)串聯(lián)質(zhì)譜有空間串聯(lián)和時(shí)間串聯(lián)兩種方式。 .第17頁(yè)，共139頁(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：可以避免底物分

11、子產(chǎn)生的干擾，大大降低背景噪音。其次，可使分子離子通過(guò)與反應(yīng)氣的碰撞來(lái)產(chǎn)生斷裂。因此能提供更多的結(jié)構(gòu)信息，所以串聯(lián)質(zhì)譜特別適合于復(fù)雜組分體系且干擾嚴(yán)重的樣品中低含量組分分析測(cè)定，具有比GC-MS和LC-MS等一級(jí)質(zhì)譜更高的選擇性和靈敏度。.第18頁(yè)，共139頁(yè)。Masses of Amino Acid Residues.第19頁(yè)，共139頁(yè)。Protein backboneH.-HN-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-OHRi-1RiRi+1AA residuei-1AA residueiAA residuei+1N-terminusC-terminus.第20頁(yè)，共139頁(yè)。B

12、reaking Protein into Peptides and Peptides into Fragment IonsProteases, e.g. trypsin（胰蛋白酶）, break protein into peptides.A Tandem Mass Spectrometer（串聯(lián)式質(zhì)譜儀） further breaks the peptides down into fragment ions and measures the mass of each piece.General for sequencing.第21頁(yè)，共139頁(yè)。Breaking Protein into P

13、eptides and Peptides into Fragment IonsMass Spectrometer accelerates the fragmented ions; heavier ions accelerate slower than lighter ones.Mass Spectrometer measure mass/charge ratio of an ion.General for sequencing.第22頁(yè)，共139頁(yè)。Peptide FragmentationPeptides tend to fragment along the backbone.Fragmen

14、ts can also loose neutral chemical groups like NH3 and H2O.H.-HN-CH-CO . . . NH-CH-CO-NH-CH-CO-OHRi-1RiRi+1H+Prefix FragmentSuffix FragmentCollision Induced Dissociation.第23頁(yè)，共139頁(yè)。N- and C-terminal PeptidesN-terminal peptidesC-terminal peptides.第24頁(yè)，共139頁(yè)。Terminal peptides and ion typesPeptideMass

15、(D) 57 + 97 + 147 + 114 = 415H2OPeptideMass (D) 57 + 97 + 147 + 114 18 = 397H2Owithout.第25頁(yè)，共139頁(yè)。N- and C-terminal PeptidesN-terminal peptidesC-terminal peptides415 486 30115457 71185332429.第26頁(yè)，共139頁(yè)。N- and C-terminal PeptidesN-terminal peptidesC-terminal peptides415 486 30115457 71185332429.第27頁(yè)，

16、共139頁(yè)。Peptide Fragmentationy3b2y2y1b3a2a3 HO NH3+ | | R1 O R2 O R3 O R4 | | | | | | |H - N C C N C C N C C N C - COOH | | | | | | | H H H H H H H b2-H2O y3 -H2Ob3- NH3y2 - NH3.第28頁(yè)，共139頁(yè)。Mass SpectraGVDLKmass057 Da = G 99 Da = VLK DVGThe peaks in the mass spectrum:Prefix Fragments with neutral losse

17、s (-H2O, -NH3)Noise and missing peaks.and Suffix Fragments.DH2O.第29頁(yè)，共139頁(yè)。Protein Identification with MS/MSGVDLKmass0Intensitymass0MS/MSPeptide Identification: .第30頁(yè)，共139頁(yè)。Tandem Mass-Spectrometry.第31頁(yè)，共139頁(yè)。Breaking Proteins into PeptidespeptidesMPSERGTDIMRPAKIDHPLCTo MS/MSMPSERGTDIMRPAKIDprotein.

18、第32頁(yè)，共139頁(yè)。Mass SpectrometryMatrix-Assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI)基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜 .第33頁(yè)，共139頁(yè)?；|(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜儀 MALDI-TOF-MS MALDI-TOF-MS是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種軟電離新型有機(jī)質(zhì)譜。近年來(lái)已成為檢測(cè)和鑒定多肽、蛋白質(zhì)、多糖、核苷酸、糖蛋白、高聚物以及多種合成聚合物的強(qiáng)有力工具。 原理：當(dāng)用一定強(qiáng)度的激光照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，基質(zhì)從激光中吸收能量，基質(zhì)-樣品之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移使得樣品分子電離，電離的樣品在電場(chǎng)作用下加速飛過(guò)飛行管道，根據(jù)到達(dá)檢測(cè)

19、器的飛行時(shí)間不同而被檢測(cè)，即測(cè)定離子的質(zhì)量電荷之比與離子的飛行時(shí)間成正比來(lái)檢測(cè)離子。 MALDI-TOF-MS的中心技術(shù)就是依據(jù)樣品的質(zhì)荷比（m/z）的不同來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，并測(cè)得樣品分子的分子量。 .第34頁(yè)，共139頁(yè)。Tandem Mass SpectrometryScan 1708LCScan 1707MSMS/MSIonSourceMS-1collisioncellMS-2.第35頁(yè)，共139頁(yè)。多肽片段指紋圖譜（PFF） 步驟：用酶專(zhuān)一性酶解蛋白質(zhì)，經(jīng)過(guò)分離，得到的肽段在質(zhì)譜中被選擇和破碎后得到MS/MS譜圖，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的譜圖比較進(jìn)行鑒定 代表方法： LC-ESI-MS/MS 2D-LC

20、-MS/MS（shotgun） .第36頁(yè)，共139頁(yè)。1. 蛋白質(zhì)序列信息的獲?。?）翻譯編碼的DNA序列 e.g.用“ORF Finder”程序找到DNA的開(kāi)放閱讀框。網(wǎng)址：/gorf/gorf.html.第37頁(yè)，共139頁(yè)。.第38頁(yè)，共139頁(yè)。.第39頁(yè)，共139頁(yè)。1. 蛋白質(zhì)序列信息的獲?。?）在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索e.g. PIR-PSD database: /pirwww SWISS-PROT/TrEMBL database /swissprot.第40頁(yè)，共139頁(yè)。目前大部分蛋白質(zhì)序列是通過(guò)DNA 人工翻譯過(guò)來(lái)的, 實(shí)際上很少有人能獲得真正的蛋白質(zhì), 因而實(shí)驗(yàn)證據(jù)就很難直接獲得

21、, 因此對(duì)蛋白質(zhì)序列初始分析是很有價(jià)值的。 比如，通過(guò)一些序列分析工具進(jìn)行蛋白質(zhì)理化特性的預(yù)測(cè)、修飾位點(diǎn)的預(yù)測(cè)等。2. 蛋白質(zhì)序列分析.第41頁(yè)，共139頁(yè)。1.蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析 理化性質(zhì)分析，疏水性分析，跨膜區(qū)分析，信號(hào)肽預(yù)測(cè)，Coil區(qū)分析，亞細(xì)胞定位2.序列數(shù)據(jù)庫(kù)搜索 相似性搜索，模體的搜索3.結(jié)構(gòu)域定位4.空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 二級(jí)結(jié)構(gòu)及三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法評(píng)價(jià) 蛋白質(zhì)序列分析主要內(nèi)容：.第42頁(yè)，共139頁(yè)。1. 蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析（1）理化性質(zhì)分析 分子質(zhì)量、分子式、理論等電點(diǎn)、氨基酸組成、消光系數(shù)、穩(wěn)定性等理化特性。例，利用ProtParam工具/tools/prot

22、param.html .第43頁(yè)，共139頁(yè)。理化指標(biāo)CLCLAP分子式C1615H2420N428O535S16C1211H1951N319O364S3分子量36904.426899.9理論等電點(diǎn)pI4.476.20總原子數(shù)50143848消光系數(shù)（280nm）754555960半衰期（小時(shí)）哺乳動(dòng)物，體外30 30酵母，體內(nèi)2020大腸桿菌，體內(nèi)1010不穩(wěn)定性指數(shù)31.7229.59脂肪族指數(shù)63.73105.18總體親水性-0.5420.109CL和CLAP的理化性質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果 CL：組織蛋白酶L CLAP：組織蛋白酶L相關(guān)蛋白 .第44頁(yè)，共139頁(yè)。（2） 疏水性分析 氨基酸側(cè)鏈的疏

23、水性用從各氨基酸減去甘氨酸疏水性之值來(lái)表示，蛋白質(zhì)的疏水性在保持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定中起著重要作用。e.g.利用ProtScale工具/protscale/利用BioEdit軟件分析.第45頁(yè)，共139頁(yè)。海參溶菌酶親水性/疏水性分析Score 0，表示疏水性； Score 30的序列模擬比較有效，最常用的方法 SWISS-MODEL， CPHmodels 串線法/折疊識(shí)別法 (Threading/Fold recognition)“穿”入已知的各種蛋白質(zhì)折疊骨架內(nèi)，適于對(duì)蛋白質(zhì)核心結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算量大THREADER，3D-PSSM從頭預(yù)測(cè)法( Ab initio/De novo m

24、ethods )基于分子動(dòng)力學(xué)，尋找能量最低的構(gòu)象，計(jì)算量大，只能做小分子預(yù)測(cè)HMMSTR/ ROSSETA.第87頁(yè)，共139頁(yè)。方法一：同源模建 comparative modeling 1.同源模建的基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)比一級(jí)結(jié)構(gòu)更保守。研究表明 如果兩個(gè)蛋白質(zhì)的同源性達(dá)到50%，二者90%的Ca的RMS 小于1埃。 2.原理： 序列高度相似的蛋白質(zhì)具有相似的三維結(jié)構(gòu)。 同源蛋白質(zhì)之間具有保守的結(jié)構(gòu)內(nèi)核，差異僅存在分子表面的回折區(qū)。 當(dāng)一個(gè)蛋白質(zhì)的序列與一個(gè)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)序列相似的時(shí)候，該蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以被模建。.第88頁(yè)，共139頁(yè)。 3.同源模建的前提和條件： 要模建的目標(biāo)蛋白必

25、須有一個(gè)或多個(gè)已知結(jié)構(gòu)的與 之同源（同源性不低于25）的蛋白。 數(shù)據(jù)庫(kù)：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、序列數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)：工作站 分子模擬系統(tǒng)：軟件系統(tǒng) 4.同源模建的發(fā)展歷史 1969年，Browne利用溶菌酶的結(jié)構(gòu)手工模建了牛乳白蛋白的結(jié)構(gòu)。八十年代，Blundel發(fā)展了利用多種同源蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)測(cè)定數(shù)據(jù)的增加，同源模建技術(shù)也在快速發(fā)展。.第89頁(yè)，共139頁(yè)。5.同源模建的主要算法剛體裝配模建（modeling by rigid body assembly ）片段匹配模建（modeling by segment matching）空間制約模建（modeling by s

26、atisfaction of spatial restraints）.第90頁(yè)，共139頁(yè)。（1）剛體裝配模建 從一些剛體包括核心區(qū)、環(huán)區(qū)和側(cè)鏈來(lái)構(gòu)造模型，這些剛體都來(lái)自分解的相關(guān)結(jié)構(gòu)（參考蛋白）。模型的裝配涉及計(jì)算一個(gè)框架，這個(gè)框架定義為折疊模式的保守區(qū)域的模板原子的平均，并把剛體裝進(jìn)框架。（2）片段匹配模建 依賴(lài)于從模板蛋白的保守原子的相近位置來(lái)計(jì)算其它原子的坐標(biāo)。它可以通過(guò)使用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的短片數(shù)據(jù)庫(kù)、能量或幾何規(guī)則、以及這些標(biāo)準(zhǔn)的某些聯(lián)合來(lái)完成。（3）空間制約滿足： 首先從參考蛋白結(jié)構(gòu)中抽取出一些空間制約條件，將這些制約條件用幾率密度函數(shù)來(lái)表示，然后根據(jù)氨基酸類(lèi)型、等位殘基的主鏈構(gòu)象和序

27、列之間局部的相似程度而對(duì)空間制約條件施加以不同的權(quán)重因子。模建時(shí)將幾率密度函數(shù)應(yīng)用到未知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)序列上，通過(guò)優(yōu)化分子的幾率密度函數(shù)使制約條件有最小的沖突而得到目標(biāo)蛋白的三維結(jié)構(gòu)，整個(gè)優(yōu)化過(guò)程通過(guò)分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 .第91頁(yè)，共139頁(yè)。6. 同源建模法分析步驟：多序列比對(duì)與已有晶體結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)序列比對(duì)確定是否有可以使用的模板序列相似度30%序列相似度30%，結(jié)合功能，蛋白質(zhì)一級(jí)序列、二級(jí)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)域信息構(gòu)建三維模型三維模型準(zhǔn)確性檢驗(yàn)Whatcheck 程序Ramachandran plot計(jì)算檢驗(yàn)手工調(diào)整多序列比對(duì)，重新擬和，構(gòu)建新的模型.第92頁(yè)，共139頁(yè)。.第93頁(yè)，

28、共139頁(yè)。常用數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站備注PDB/pdb/home/home.do主要的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)MMDB/Structure/MMDB/mmdb.shtmlNCBI維護(hù)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)Psdb/deerfiel/PSdb/從PDB和NRL-3D數(shù)據(jù)庫(kù)中衍生出的數(shù)據(jù)庫(kù)，含二級(jí)結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)信息3DinSighthttp:/gibk26.bse.kyutech.ac.jp/jouhou/3dinsight/3DinSight.html整合了結(jié)構(gòu)、性質(zhì)（氨基酸組成、熱力學(xué)參數(shù)等）、生物學(xué)功能（突變點(diǎn)，相互作用等）的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，F(xiàn)SSPhttp:/www.ebi.ac.uk/dali/fssp

29、/根據(jù)結(jié)構(gòu)比對(duì)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)SCOPhttp:/scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，將已知結(jié)構(gòu)蛋白進(jìn)行有層次地分類(lèi)CATH/latest/index.html另一個(gè)有名的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域主要結(jié)構(gòu)分類(lèi)庫(kù)MODBASE/modbase-cgi/index.cgi用同源比對(duì)法生成的模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)Enzyme Structurehttp:/www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/enzymes/從PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中整理已知結(jié)構(gòu)的酶蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)HSSPhttp:/www.sander.ebi.ac.uk/hssp/根據(jù)同源性

30、到處的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù).第94頁(yè)，共139頁(yè)。模板搜索與比對(duì)工具網(wǎng)站備注PSI-BLAST/BLAST/位置特異性疊代BLAST，可用來(lái)搜索遠(yuǎn)源家族序列FASTA3http:/www.ebi.ac.uk/fasta33/位于EBI的序列比對(duì)工具SSEARCHrs.fr/bin/ssearch-guess.cgi采用Smith/Waterman法來(lái)進(jìn)行序列比對(duì)ClustalWhttp:/www.ebi.ac.uk/Tools/clustalw/index.html多序列比對(duì)工具，位于EBIT-Coffeehttp:/www.ebi.ac.uk/t-coffee/用多種方法（如ClustalW、D

31、Ialign等）來(lái)構(gòu)建多序列比對(duì)Multalinhttp:/bioinfo.genopole-toulouse.prd.fr/multalin/multalin.html一個(gè)老牌的多序列比對(duì)工具Dalihttp:/www.ebi.ac.uk/dali/三維結(jié)構(gòu)比對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器VAST/Structure/VAST/vast.shtml基于向量并列分析算法的三維結(jié)構(gòu)比對(duì)工具SAM-T99/research/compbio/sam.html用HMM法搜索蛋白質(zhì)遠(yuǎn)源同源序列.第95頁(yè)，共139頁(yè)。同源建模法工具網(wǎng)站備注SWISS-MODEL/完整建模程序，采用同源性鑒定來(lái)確定模板蛋白，用戶也可以自定義

32、模板進(jìn)行分析CPHmodelshttp:/www.cbs.dtu.dk/services/CPHmodels/基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同源建模工具，用戶只需提交序列，無(wú)高級(jí)選項(xiàng)EsyPred3Dhttp:/www.fundp.ac.be/urbm/bioinfo/esypred/采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高同源建模準(zhǔn)確性的預(yù)測(cè)工具3Djigsawhttp:/www.bmm.icnet.uk/servers/3djigsaw/根據(jù)同源已知結(jié)構(gòu)蛋白來(lái)建模的預(yù)測(cè)工具M(jìn)ODELLER/modeller/一個(gè)廣泛使用的同源建模軟件，需要用戶對(duì)腳本有一定的了解.第96頁(yè)，共139頁(yè)。串線法工具網(wǎng)站備注3D-PSSMhttp:

33、/www.sbg.bio.ic.ac.uk/3dpssm/index2.html第一個(gè)運(yùn)用1D-3D序列profile來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器Fuguehttp:/www-cryst.bioc.cam.ac.uk/fugue/以序列結(jié)構(gòu)比對(duì)搜索數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)折疊HHpredhttp:/toolkit.tuebingen.mpg.de/hhpred基于HMM-HMM比對(duì)搜索多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)預(yù)測(cè)給定序列的的折疊結(jié)構(gòu)LOOPP/loopp.aspx學(xué)習(xí)、觀察和輸出蛋白質(zhì)模式和結(jié)構(gòu)工具THREADERhttp:/bioinf.cs.ucl.ac.uk/threader/一個(gè)老牌的線索分析軟件，

34、對(duì)搜索遠(yuǎn)源蛋白序列較敏感PROSPECT/structure/prospect/index.html蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)工具包，能以一種非常簡(jiǎn)單的方式運(yùn)行，對(duì)于高級(jí)用戶，也提供了很多的可選項(xiàng)123D+http:/123/123D+.html結(jié)合了序列概形，二級(jí)結(jié)構(gòu)信息和接觸勢(shì)能來(lái)將待測(cè)蛋白“穿入”一系列結(jié)構(gòu)來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)SAM-T02/research/compbio/HMM-apps/T02-query.html基于HMM方法的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)GenThreaderhttp:/bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/psiform.html使用結(jié)構(gòu)評(píng)分和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)序列比對(duì)來(lái)也測(cè)蛋

35、白折疊結(jié)構(gòu).第97頁(yè)，共139頁(yè)。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)SWISS-MODEL工具h(yuǎn)ttp:/www.expasy.ch/swissmod/SWISS-MODEL.html同源建模方法與PDB數(shù)據(jù)庫(kù)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)序列比對(duì)進(jìn)行預(yù)測(cè).第98頁(yè)，共139頁(yè)。主要參數(shù)/選項(xiàng)粘貼protein.txt中一條蛋白質(zhì)序列輸入用戶Email（選填） 比對(duì)e值參照模板序列數(shù)目.第99頁(yè)，共139頁(yè)。輸出結(jié)果下載pdb格式文件.第100頁(yè)，共139頁(yè)。與模板序列比對(duì)結(jié)果，并顯示二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)域.第101頁(yè)，共139頁(yè)。方法二：折疊識(shí)別/ 穿線方法 對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)背景：序列比對(duì)后所擊中的相似序列不是完整的而是一段一段

36、的結(jié)構(gòu)域，也可以通過(guò)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和折疊識(shí)別（fold recognition)找到合適的折疊子，再以這些已知結(jié)構(gòu)的折疊子為模板來(lái)構(gòu)建模型。.第102頁(yè)，共139頁(yè)。折疊識(shí)別/ 穿線方法 觀察：有限的蛋白質(zhì)折疊種類(lèi)（1,000?） 與“從頭開(kāi)始”來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，我們可以從有限的蛋白質(zhì)折疊條目中得到正確的結(jié)果。 基于序列技巧可以做到這一點(diǎn)，或者通過(guò)穿線法將序列按順序投到模板上，并評(píng)價(jià)每一個(gè)匹配好壞程度.第103頁(yè)，共139頁(yè)。折疊識(shí)別/ 穿線方法 原理：將序列“穿”入已知的各種蛋白質(zhì)折疊子骨架內(nèi)，通過(guò)目的蛋白序列與已知折疊子的逐一比對(duì)，計(jì)算出未知結(jié)構(gòu)序列折疊成各種已知折疊子的可能性； 折疊子

37、一般包括一個(gè)或多個(gè)蛋白質(zhì)超家族； 每個(gè)折疊子的結(jié)構(gòu)內(nèi)核有確定的結(jié)構(gòu)特征； 基于序列同源性很低的蛋白質(zhì)都可能存在結(jié)構(gòu)相同的 折疊子進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如，通過(guò)PHYRE系統(tǒng)進(jìn)行折疊識(shí)別預(yù)測(cè)http:/www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre/index.cgi.第104頁(yè)，共139頁(yè)。折疊識(shí)別或穿線法目標(biāo)序列SHPALTQLRALRYCKEIPALDPQLLDWLLLEDSMTKRFEQQ可能折疊的庫(kù)（哪些具有已知序列和結(jié)構(gòu)）：.第105頁(yè)，共139頁(yè)。序列結(jié)構(gòu)比對(duì)目標(biāo)序列SHPALTQLRALRYCKEIPALDPQLLDWLLLEDSMTKRFEQQt1t2t3t4t5tn已知折疊結(jié)構(gòu)的

38、序列s1s2s3s4s5s n已知折疊結(jié)構(gòu)的位置p1p2p3p4p5pn怎樣將目標(biāo)序列與結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)？.第106頁(yè)，共139頁(yè)。同源模建與結(jié)構(gòu)類(lèi)型識(shí)別方法的比較蛋白質(zhì)家族與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 Family 蛋白質(zhì)家族依據(jù)序列同源性將蛋白質(zhì)分為不同的家族：一般將序列同源性大于30%的蛋白質(zhì)歸屬為一個(gè)家族。一個(gè)蛋白質(zhì)家族的成員可能由一個(gè)共同的祖先進(jìn)化而來(lái)。 自然界存在的可能蛋白質(zhì)家族數(shù)目大約為23100種。同一個(gè)家族的蛋白質(zhì)一般具有相近的功能和相同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（折疊模式）。.第107頁(yè)，共139頁(yè)。3D-PSSM工具h(yuǎn)ttp:/www.sbg.bio.ic.ac.uk/3dpssm/index2.htm

39、l由英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院維護(hù)，其數(shù)據(jù)庫(kù)中含有9864個(gè)蛋白折疊結(jié)構(gòu)3D-PSSM先用PSI-BLAST標(biāo)準(zhǔn)方法通過(guò)多序列比對(duì)得到輪廓（profile），然后對(duì)家族中的一系列成員進(jìn)行結(jié)構(gòu)比對(duì)得出該家族的結(jié)構(gòu)輪廓，接著用線串法將模板結(jié)構(gòu)輪廓和待測(cè)蛋白的序列輪廓進(jìn)行1D-3D輪廓之間的比對(duì)，此外也考慮了溶劑可及性和二級(jí)結(jié)構(gòu)信息.第108頁(yè)，共139頁(yè)。輸入用戶Email（學(xué)術(shù)郵箱，必需）蛋白質(zhì)描述（選填）序列提交框（氨基酸單字母）.第109頁(yè)，共139頁(yè)。輸入用戶Email（必需）蛋白質(zhì)描述（選填）序列提交框（氨基酸單字母）Phyre -http:/www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyr

40、e/ 3d-PSSM的升級(jí)版，增加了fold數(shù)據(jù)，并且性能上提高10-15，采用了新的分析界面.第110頁(yè)，共139頁(yè)。二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè).第111頁(yè)，共139頁(yè)。序列比對(duì)結(jié)果序列比對(duì)一致性模板長(zhǎng)度靶標(biāo)蛋白模型模板蛋白結(jié)構(gòu)分類(lèi)信息折疊子描述.第112頁(yè)，共139頁(yè)。.第113頁(yè)，共139頁(yè)。.第114頁(yè)，共139頁(yè)。工具網(wǎng)站備注Swiss-PdbViewer/spdbv/一個(gè)界面非常友好的工具，可以分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，比較活性位點(diǎn)或突變點(diǎn)Jmol/一個(gè)基于Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的三維觀察工具，大多是作為一個(gè)內(nèi)嵌式網(wǎng)頁(yè)工具快速游覽結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)MolMolhttp:/www.mol.biol.ethz.c

41、h/wuthrich/software/molmol/免費(fèi)的PDB三維分子觀察軟件，可以通過(guò)處理生成很漂亮的圖形文件PyMol/一個(gè)基于開(kāi)源的三維觀察工具，有很多額外的插件來(lái)提升功能Rasmol/software/rasmol/很有名的三維觀察軟件，操作界面簡(jiǎn)介，用命令行實(shí)現(xiàn)多種功能VMD/Research/vmd/用內(nèi)建的腳本來(lái)瀏覽、分析三維結(jié)構(gòu)，還可以以動(dòng)畫(huà)的形式模擬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)Chime/products/framework/chime/index.jsp網(wǎng)絡(luò)游覽器插件，可以在網(wǎng)頁(yè)中直接觀察PDB格式的文件Chimera/chimera/index.html免費(fèi)分子模擬顯示程序，還包括結(jié)構(gòu)

42、比對(duì)、藥物篩選等功能ICM-Browser/icm_browser.html三維分子游覽工具，有序列比對(duì)顯示功能，由MolSodt公司免費(fèi)推出常用蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)觀察和修改工具.第115頁(yè)，共139頁(yè)。Chime網(wǎng)絡(luò)游覽器插件Chime- /products/framework/chime/index.jsp基于游覽器的三維結(jié)構(gòu)觀察工具安裝后在Internet Explorer下的PLUGINS文件夾中會(huì)有：npchime.dll (plugins folder)npchime.zip (plugins folder, used for LiveConnect)NOTE: Do not unzi

43、p this filechimepro.html (plugins folder, the release notes for Chime)chime26.isu (plugins folder, used to uninstall Chime)sculptapi.dll (Windows System folder, used for Sculpt)ChimeShim.dll (plugins folder, Internet Explorer only).第116頁(yè)，共139頁(yè)。.第117頁(yè)，共139頁(yè)。SWISS-PdbView觀察三維模型SWISS-PdbView工具/spdbv/觀察

44、和修改分子的三維結(jié)構(gòu).第118頁(yè)，共139頁(yè)。菜單欄/工具欄圖層窗口主窗口 序列聯(lián)配窗口控制面板.第119頁(yè)，共139頁(yè)。Ramachandran圖結(jié)構(gòu)疊加.第120頁(yè)，共139頁(yè)。蛋白質(zhì)序列分析蛋白質(zhì)一級(jí)序列蛋白質(zhì)基本理化性質(zhì)分析蛋白質(zhì)親疏水性分析跨膜區(qū)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)卷曲螺旋預(yù)測(cè)翻譯后修飾位點(diǎn)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)序列信號(hào)位點(diǎn)分析蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)模擬蛋白質(zhì)分類(lèi)蛋白質(zhì)家族分析蛋白質(zhì)序列分析匯總表課程總結(jié).第121頁(yè)，共139頁(yè)。課程總結(jié).第122頁(yè)，共139頁(yè)。四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的應(yīng)用蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì).第123頁(yè)，共139頁(yè)。 蛋白質(zhì)分

45、子設(shè)計(jì)與基因工程技術(shù)、多肽合成技術(shù)和化學(xué)合成技術(shù)一起開(kāi)創(chuàng)了新藥設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)研究的新局面。 這個(gè)領(lǐng)域的研究方向主要包括蛋白三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能關(guān)系研究、蛋白相互作用、蛋白與DNA相互作用、蛋白質(zhì)突變體的分子設(shè)計(jì)、全新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)等。.第124頁(yè)，共139頁(yè)。1. 分子設(shè)計(jì)的意義 分子生物學(xué)最激動(dòng)人心的進(jìn)展之一是能夠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)新的蛋白質(zhì)分子。重組DNA技術(shù)使人們能夠定向改變蛋白質(zhì)中的氨基酸序列，包括氨基酸的取代、插入或缺失，甚至包括蛋白質(zhì)的融合等。 蛋白質(zhì)工程則是在深入了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用分子生物學(xué)方法和手段有目的地改造蛋白質(zhì)，使之性能得到改善。作為蛋白質(zhì)工程的組成部分，蛋白

46、質(zhì)分子設(shè)計(jì)在其中起著十分重要的作用。 .第125頁(yè)，共139頁(yè)。.第126頁(yè)，共139頁(yè)。從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸（基因） .第127頁(yè)，共139頁(yè)。 2. 分子設(shè)計(jì)的種類(lèi)小改：少數(shù)殘基的替換，突變或修飾中改：分子拼接，肽段或結(jié)構(gòu)域的替換大改：從頭設(shè)計(jì)，全新蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)3.分子設(shè)計(jì)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的電荷分布、相互作用有其特定的結(jié)構(gòu)特征，隨意選擇突變位點(diǎn)在蛋白質(zhì)分子中改變氨基酸，不僅達(dá)不到預(yù)期目的，反而可能影響蛋白質(zhì)分子的活性中心，使蛋白質(zhì)的活性降低或喪失 。.第128頁(yè)，共139頁(yè)。4. 蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)的應(yīng)用應(yīng)用1：酶穩(wěn)定

47、性的改善酶的穩(wěn)定性 在蛋白質(zhì)工程的實(shí)踐中，一般可以通過(guò)在酶分子內(nèi)增加二硫鍵或靜電作用來(lái)提高酶分子的穩(wěn)定性。例1：核糖核酸酶的穩(wěn)定性的提高（1）已知條件：核糖核酸酶三維結(jié)構(gòu)已由晶體衍射方法測(cè)定。 分子內(nèi)有兩對(duì)二硫鍵：Tyr24與Asn84正對(duì)，二者的Ca之間的距離為6.0A，滿足二硫鍵的特征（二硫鍵的Ca的平均距離：4.5- 6.8），可能形成一個(gè)潛在的二硫鍵；二者附近沒(méi)有干擾形成二硫鍵的基團(tuán)；二者離催化活性中心較遠(yuǎn)，突變后不會(huì)影響活性。（2）設(shè)計(jì)方案：將Tyr24與Asn84突變?yōu)镃ys實(shí)驗(yàn)結(jié)果：突變體的穩(wěn)定性大大提高.第129頁(yè)，共139頁(yè)。例2.葡萄糖異構(gòu)酶（GI）在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，為提高

48、其熱穩(wěn)定性，朱國(guó)萍等人在確定第138位甘氨酸(Gly138)為目標(biāo)氨基酸后，用雙引物法對(duì)GI基因進(jìn)行體外定點(diǎn)誘變，以脯氨酸（Pro138）替代Gly138，含突變體的重組質(zhì)粒在大腸桿菌中表達(dá)，結(jié)果突變型GI比野生型的熱半衰期長(zhǎng)一倍；最適反應(yīng)溫度提高1012；酶比活相同。 據(jù)分析，Pro替代Gly138后，可能由于引入了一個(gè)吡咯環(huán)，該側(cè)鏈剛好能夠填充于Gly138附近的空洞，使蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)更具剛性，從而提高了酶的熱穩(wěn)定性。.第130頁(yè)，共139頁(yè)。應(yīng)用2：融合蛋白質(zhì) 腦啡肽(Enk)N端5肽線形結(jié)構(gòu)是與型受體結(jié)合的基本功能區(qū)域，干擾素（IFN）是一種廣譜抗病毒抗腫瘤的細(xì)胞因子。黎孟楓等人化學(xué)合

49、成了EnkN端5肽編碼區(qū)，通過(guò)一連接5肽編碼區(qū)與人1型IFN基因連接，在大腸桿菌中表達(dá)了這一融合蛋白。以體外人結(jié)腸腺癌細(xì)胞和多形膠質(zhì)瘤細(xì)胞為模型，采用3H胸腺嘧啶核苷摻入法證明該融合蛋白抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的活性顯著高于單純的IFN，通過(guò)Naloxone競(jìng)爭(zhēng)阻斷實(shí)驗(yàn)證明，抑制活性的增高確由Enk導(dǎo)向區(qū)介導(dǎo)。 .第131頁(yè)，共139頁(yè)。 應(yīng)用3：蛋白質(zhì)活性的改變 通常飯后3060min，人血液中胰島素的含量達(dá)到高峰，120180min內(nèi)恢復(fù)到基礎(chǔ)水平。而目前臨床上使用的胰島素制劑注射后120min后才出現(xiàn)高峰且持續(xù)180240min，與人生理狀況不符。實(shí)驗(yàn)表明，胰島素在高濃度（大于105mol/L）時(shí)以二聚體形式存在，低濃度時(shí)（小于109mol/L）時(shí)主要以單體形式存在。設(shè)計(jì)速效胰島素原則就是避免胰島素形成聚合體。 類(lèi)胰島素生長(zhǎng)因子I(IGFI)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與胰島素具有高度的同源性和三維結(jié)構(gòu)的相似性，但I(xiàn)GFI不形成二聚體。IGFI的B結(jié)構(gòu)域（與胰島素B鏈相對(duì)應(yīng)）中B28B29氨基酸序列與胰島素B鏈的B28B29相比，發(fā)生顛倒。因此，將胰島素B鏈改為B28LysB29Pro，獲得單體速效胰島素。該速效胰島素已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。 .