蛋白質(zhì)序列分析.ppt

1、,蛋白質(zhì)序列分析,生物信息學(xué),蛋白質(zhì)序列分析,教材 Page 8496 蛋白質(zhì)序列分析 教材 Page 138152 生物大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的瀏覽（RasMol 軟件） 教材 Page 175184 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的同源模建 下次課上機(jī)實(shí)習(xí),蛋白質(zhì)序列分析的主要內(nèi)容,蛋白質(zhì)序列檢索 蛋白質(zhì)序列比對(duì) 蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)分子進(jìn)化分析 蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)（比如藥物設(shè)計(jì)） 蛋白質(zhì)組學(xué)分析,數(shù)據(jù)庫軟件,蛋白質(zhì)序列分析,1、蛋白質(zhì)序列檢索 2、蛋白質(zhì)序列比對(duì) 3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè) 5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),（一）、蛋白質(zhì)序列檢索,蛋白質(zhì)序列分析舉例： 家蠅抗菌肽

2、（antimicrobial peptide）研究 假設(shè)核酸序列檢索沒有發(fā)現(xiàn)家蠅defensin的編碼序列。 由于家蠅屬于雙翅目（Diptera）昆蟲，我們可以通過NCBI的蛋白質(zhì)序列檢索, 尋找多種昆蟲防御素的氨基酸序列, 尤其是雙翅目昆蟲防御素的氨基酸序列。 然后進(jìn)行氨基酸序列的多序列比對(duì), 找出昆蟲防御素的保守區(qū)域, 根據(jù)保守氨基酸序列,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物，然后嘗試從家蠅總RNA中反轉(zhuǎn)錄（RT-PCR）擴(kuò)增目的基因片段。,Protein,defensin diptera,All: 242 點(diǎn)擊索引號(hào)的鏈接便可得到相關(guān) 的蛋白序列，比如我從中選取了 十條（按蚊、伊蚊、果蠅等）。,蛋白質(zhì)序列分析,

3、1、蛋白質(zhì)序列檢索 2、蛋白質(zhì)序列比對(duì) 3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè) 5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),（二）、蛋白質(zhì)序列比對(duì),昆蟲（雙翅目）防御素多序列比對(duì) 接下來，我們利用綜合性序列分析軟件（比如DNAMAN）對(duì)這10條昆蟲defensin 序列進(jìn)行多序列比對(duì)，找出它們的保守氨基酸序列。,多序列比對(duì),文件 文件夾 通道,多序列比對(duì)結(jié)果,KRATCD,KAVCVC,昆蟲防御素的保守區(qū)域,（二）、蛋白質(zhì)序列比對(duì),至此，通過昆蟲defensin 序列的多序列比對(duì)，我們找出了它們的保守氨基酸序列。 下一步，我們可以根據(jù)昆蟲defensin保守氨基酸序列設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物。即，根據(jù)KRATCD序列設(shè)計(jì)上游

4、引物，根據(jù)KAVCVC序列設(shè)計(jì)下游引物。,蛋白質(zhì)序列分析,1、蛋白質(zhì)序列檢索 2、蛋白質(zhì)序列比對(duì) 3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè) 5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析,蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析 的基本方面，一般包括： 蛋白質(zhì)的氨基酸組成 分子量 等電點(diǎn)（pI） 親疏水性分析 跨膜區(qū)分析 信號(hào)肽分析,（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析,假如，我們根據(jù)家蠅defensin基因cDNA序列設(shè)計(jì)一對(duì)特異引物，已經(jīng)成功地從家蠅總RNA中反轉(zhuǎn)錄PCR擴(kuò)增出目的基因片段并測(cè)序。 下一步，我們不僅要對(duì)我們獲得的defensin核酸序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析。也要對(duì)其推導(dǎo)的氨基酸序列進(jìn)

5、行分析。,（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析,蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析 的基本方面，一般包括： 蛋白質(zhì)的氨基酸組成 分子量 等電點(diǎn)（pI） 親疏水性分析 跨膜區(qū)分析 信號(hào)肽分析,1、氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等基本理化性質(zhì),假如我們測(cè)序得到一條家蠅defensin核酸序列。 首先，我們通過NCBI的ORF Finder來確認(rèn)一下它的蛋白編碼區(qū)以及它所編碼的氨基酸序列。 然后對(duì)這個(gè)理論推導(dǎo)的家蠅defensin氨基酸序列進(jìn)行分析。,利用NCBI的ORF Finder 來查找ORF,All Resources （A-Z）,ORF Finder,家蠅defensin cDNA序列,Genet

6、ic codes 選項(xiàng)： 默認(rèn)為Standard 另提供15種物種 及線粒體的密碼子,BLAST,找到4個(gè)ORF 其中最長(zhǎng)的ORF為 282bp（1281）,MKYFTIVAVF LAVAVCYISQ SSASPAPNEE ANFVHGAD ALKQLEPEL HGRYKRATC DLLSGTGVGH SACAAHCLLR GNRGGYCNG KGVCVCRN,1、氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等基本理化性質(zhì),可以利用綜合性序列分析軟件（如DNAMAN）來分析蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)。 另外也有許多在線程序可資利用。,載入上述93aa的家蠅 defensin氨基酸序列,序列組分屬性,MW=9844.4

7、 Predicted pI=8.29 氨基酸組成列表,1、氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等基本理化性質(zhì),除了利用綜合性序列分析軟件（DNAMAN）來分析蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)外，還有許多在線程序可資利用。 以下我們重點(diǎn)介紹 ExPASy（Expert Protein Analysis System，蛋白質(zhì)專家分析系統(tǒng)）。ExPASy 由瑞士生物信息學(xué)研究所（Swiss Institute of Bioinformatics ，SIB）維護(hù)，是研究蛋白質(zhì)的首選網(wǎng)站。,Primary structure analysis （一級(jí)結(jié)構(gòu)分析）,Compute pI/Mw 計(jì)算理論等電點(diǎn) 和分子量,復(fù)制粘貼上

8、述93aa的家 蠅defensin氨基酸序列,Theoretical pI/Mw 8.53/9846.29,MW=9844.4 Predicted pI=8.29 氨基酸組成列表,！不同程序預(yù)測(cè)的結(jié)果有差別,ProtParam 計(jì)算蛋白質(zhì)理化 參數(shù)常用的工具,Theoretical pI/Mw 8.53/9846.2,酸性氨基酸：6 堿性氨基酸：9,消光系數(shù),預(yù)測(cè)半衰期,不穩(wěn)定系數(shù),不穩(wěn)定系數(shù)小于40時(shí)， 表示該蛋白在試驗(yàn)中 比較穩(wěn)定。,（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析,蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析 的基本方面，一般包括： 蛋白質(zhì)的氨基酸組成 分子量 等電點(diǎn)（pI） 親疏水性分析 跨膜區(qū)

9、分析 信號(hào)肽分析,2、親疏水性分析,蛋白質(zhì)親疏水性氨基酸的組成是蛋白質(zhì)折疊的主要驅(qū)動(dòng)力。 蛋白質(zhì)折疊時(shí)會(huì)形成疏水內(nèi)核和親水表面，而跨膜區(qū)多由疏水性氨基酸組成 。 可利用綜合性序列分析軟件（如DNAMAN）或 ExPASy上的ProtScale來分析蛋白質(zhì)的親疏水性。,疏水性輪廓,218區(qū)域，有一典型 的疏水性區(qū)域,Primary structure analysis （一級(jí)結(jié)構(gòu)分析）,ProtScale 程序 蛋白質(zhì)疏水性分析,520區(qū)域，有一典型的疏水性區(qū)域 0表示疏水性，0表示親水性,218區(qū)域，有一典型 的疏水性區(qū)域,（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析,蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析

10、的基本方面，一般包括： 蛋白質(zhì)的氨基酸組成 分子量 等電點(diǎn)（pI） 親疏水性分析 跨膜區(qū)分析 信號(hào)肽分析,3、跨膜區(qū)分析,跨膜區(qū)多由疏水性氨基酸組成，但預(yù)測(cè)得到的疏水區(qū)不一定就是跨膜區(qū) 。 蛋白質(zhì)序列含有跨膜區(qū)提示它可能作為膜受體起作用，也可能是定位于膜的錨定蛋白或者離子通道蛋白等。,3、跨膜區(qū)分析,以下介紹 ExPASy上的相關(guān)資源： TMHMM（跨膜區(qū)分析） TMpred（跨膜區(qū)分析）,Topology prediction （拓?fù)鋵W(xué)預(yù)測(cè)）,跨膜區(qū)分析,TMHMM （跨膜區(qū)分析）,顯示大約在第227 位之間有一跨膜區(qū)， 并且是由胞內(nèi)到胞外,跨膜區(qū)分析,TMpred （跨膜區(qū)分析）,發(fā)現(xiàn)三種

11、可能的 跨膜螺旋,顯示跨膜螺旋的 傾向性,給出最可能的跨膜方式: N末端在膜內(nèi)，從第3到 第21位氨基酸殘基，由 胞里到胞外。,1（最可能的跨膜方式）,2 （備選的跨膜方式）,2、疏水性、跨膜區(qū)分析,ProtScale（疏水性分析） 第520位氨基酸殘基，有一典型疏水區(qū)域。 TMHMM（跨膜區(qū)分析） 第227位之間有一跨膜區(qū)，由胞內(nèi)到胞外。 TMpred（跨膜區(qū)分析） 第321位之間有一跨膜區(qū)，由胞內(nèi)到胞外。 以上三個(gè)工具都可從 ExPASy 上找到。,（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析,蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析的基本方面，一般包括： 蛋白質(zhì)的氨基酸組成 分子量 等電點(diǎn)（pI） 疏水性

12、分析 跨膜區(qū)分析 信號(hào)肽分析,4、信號(hào)肽與蛋白質(zhì)定位,信號(hào)肽（Signal peptide） 是分泌性蛋白質(zhì)在分泌出膜外時(shí)其肽鏈的N端所具有的一小段多肽。幾乎所有的分泌性蛋白都含有信號(hào)序列。信號(hào)序列一般有2040氨基酸長(zhǎng)，在跨膜運(yùn)輸過程中，最終被信號(hào)肽酶除去。,protein,蛋白質(zhì)定位,胞膜,胞外,胞漿,胞核或其他細(xì)胞器,4、信號(hào)肽與蛋白質(zhì)定位,以下我們?nèi)匀焕肊xPASy 來尋找相關(guān)工具 SignalP （信號(hào)肽分析） TargetP （蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位） PSORT（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）,Post-translational Modification prediction （翻譯后修飾預(yù)測(cè)

13、）,SignalP 信號(hào)肽分析,SignalP 3.0 Server （信號(hào)肽分析）,S score（綠色） C score（紅色） 分析發(fā)現(xiàn)第123位 為信號(hào)肽,4、信號(hào)肽與蛋白質(zhì)定位,以下我們?nèi)匀焕肊xPASy 來尋找相關(guān)工具 SignalP （信號(hào)肽分析） TargetP （蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位） PSORT（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）,Topology prediction （拓?fù)鋵W(xué)預(yù)測(cè)）,TargetP 蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位,TargetP 1.1 Server 蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位,SP（signal peptide） Loc S（Secretory pathway） RC（Reliability

14、class, from 1 to 5） TPlen（Predicted presequence length）,3、信號(hào)肽（前導(dǎo)肽）與蛋白質(zhì)定位,以下我們?nèi)匀焕肊xPASy 來尋找相關(guān)工具 SignalP （信號(hào)肽分析） TargetP （蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位） PSORT（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）,Topology prediction （拓?fù)鋵W(xué)預(yù)測(cè)）,PSORT 蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位,PSORT 蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位,發(fā)現(xiàn)信號(hào)肽 （123）,N端可能在膜內(nèi),定位于細(xì)胞質(zhì),蛋白質(zhì)序列分析,1、蛋白質(zhì)序列檢索 2、蛋白質(zhì)序列比對(duì) 3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè) 5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),（四）、蛋白質(zhì)功

15、能預(yù)測(cè),1、通過序列比對(duì)（如BLAST、FASTA）預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能。（注意打分矩陣的選擇）,近緣關(guān)系比對(duì),遠(yuǎn)緣關(guān)系比對(duì),（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè),2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和 功能位點(diǎn)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能。 相關(guān)的數(shù)據(jù)庫很多，以下主要介紹兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫（PROSITE、SMART）和兩個(gè)綜合性數(shù)據(jù)庫（InterPro Scan、CDD）。均可從ExPASy找到。,相關(guān)概念,模體或指紋（motif，fingerprint） 屬于蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)范疇，由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮專一的功能。,相關(guān)概念,超二級(jí)結(jié)構(gòu)（supers

16、econdary structure） 超二級(jí)結(jié)構(gòu)是介于蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的空間結(jié)構(gòu)，指相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，排列形成規(guī)則的、在空間結(jié)構(gòu)上能夠辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，并充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。,相關(guān)概念,結(jié)構(gòu)域（domain） 結(jié)構(gòu)域是在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的三級(jí)結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)。其特點(diǎn)是在三維空間可以明顯區(qū)分或相對(duì)獨(dú)立，并且具有特定的生物學(xué)功能如結(jié)合小分子。模體（motif）可以看作是結(jié)構(gòu)域的亞單位。一個(gè)結(jié)構(gòu)域可包括一個(gè)或幾個(gè)模體。 蛋白質(zhì)家族（family） 具有一個(gè)或多個(gè)相同結(jié)構(gòu)域的一組同源蛋白質(zhì)稱為一個(gè)蛋白質(zhì)家族。,Protsite 數(shù)據(jù)庫,Prot

17、site 數(shù)據(jù)庫是基于對(duì)蛋白質(zhì)家族中同源序列多序列比對(duì)得到的保守性區(qū)域，這些區(qū)域通常與生物學(xué)功能有關(guān)，例如酶的活性位點(diǎn)、配體或金屬結(jié)合位點(diǎn)等。 因此，Prosite 數(shù)據(jù)庫實(shí)際上是蛋白質(zhì)序列功能位點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。通過對(duì)Prosite 數(shù)據(jù)庫的搜索，可判斷該序列包含什么樣的功能位點(diǎn)，從而推測(cè)其可能屬于哪一個(gè)蛋白質(zhì)家族。,PROSITE （Protein families and domains）,匹配到一個(gè)目標(biāo)： Invertebrate defensins （無脊椎動(dòng)物防御素）,SMART 數(shù)據(jù)庫,簡(jiǎn)單模塊構(gòu)架搜索工具（simple modular architecture research too

18、l，SMART）一個(gè)較好的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能域的數(shù)據(jù)庫，由EMBL建立和維護(hù)。,Pattern and profile searches,SMART,Knot 1 domain （Knottins 打結(jié)素） Position: 55 to 93 E-value:2.11e-02,InterPro 數(shù)據(jù)庫,InterPro 是個(gè)集成的數(shù)據(jù)庫，目的是基于大多數(shù)普通的數(shù)據(jù)庫之上，對(duì)蛋白質(zhì)家族、結(jié)構(gòu)域、功能位點(diǎn)等進(jìn)行獨(dú)特的、無冗余的描述。 Interpro 數(shù)據(jù)庫集合了PROSITE、Pfam、PRINTS 、SMART 等數(shù)據(jù)庫。由EBI開發(fā)，維護(hù)。,InterProScan,InterPro 集成了1

19、4個(gè) 蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，最新版 含有5542個(gè)結(jié)構(gòu)域， 12370個(gè)蛋白質(zhì)家族。,（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè),2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和 功能位點(diǎn)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能。 相關(guān)的數(shù)據(jù)庫很多，以下主要介紹兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫（PROSITE、SMART）和兩個(gè)綜合性數(shù)據(jù)庫（InterPro Scan、CDD）。均可從ExPASy找到。,Pattern and profile searches,InterProScan Sequence Search,（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè),2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和 功能位點(diǎn)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能。 相關(guān)的數(shù)據(jù)庫很多，以下主要介紹兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫

20、（PROSITE、SMART）和兩個(gè)綜合性數(shù)據(jù)庫（InterPro Scan、CDD）。均可從ExPASy找到。,All Resources （A-Z）,Defensin_2，4e-07 （blastp 會(huì)自動(dòng)搜索 CDD）,Conserved Domain Database，CDD 保守結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫,Defensin_2，4e-07 （blastp 會(huì)自動(dòng)搜索 CDD）,（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè),1、通過序列比對(duì)（比如BLAST、FASTA）預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能。（注意打分矩陣的選擇） 2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和 功能位點(diǎn)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能。 PROSITE、SMART InterPr

21、o Scan、CDD,蛋白質(zhì)序列分析,1、蛋白質(zhì)序列檢索 2、蛋白質(zhì)序列比對(duì) 3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析 4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè) 5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),（五）、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的必要性與可能性 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的必要性與可能性,蛋白質(zhì)由氨基酸的線性序列組成，但是，它們只有折疊成特定的空間構(gòu)象才能具有相應(yīng)的活性和相應(yīng)的生物學(xué)功能。 了解蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)不僅有利于認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的功能，也有利于認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)是如何執(zhí)行其功能的。 掌握蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)還是蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，比如有些蛋白質(zhì)是藥物作用的靶標(biāo)，聯(lián)合運(yùn)用基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，藥物

22、設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)出小分子化合物，抑制與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，從而達(dá)到治療疾病的目的。,1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的必要性與可能性,目前，蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)積累的速度非?？欤?，已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)相對(duì)比較少。 由于用X射線晶體衍射、NMR核磁共振技術(shù)和電鏡三維重構(gòu)等實(shí)驗(yàn)方法來確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程非常復(fù)雜，代價(jià)較高。因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比已知的蛋白質(zhì)序列要少得多。,1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的必要性與可能性,另一方面，隨著DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，人類基因組及更多的模式生物基因組已經(jīng)或?qū)⒁煌耆珳y(cè)序，DNA序列數(shù)量將會(huì)急增。 我們可以從DNA推導(dǎo)出大量的蛋白質(zhì)序列。這意味著已知序列的蛋白質(zhì)數(shù)量和已測(cè)定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)

23、量的差距將會(huì)越來越大。 因而，揭示每一種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，已成為后基因組時(shí)代的制高點(diǎn)，這也就是結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的基本任務(wù)。,1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的必要性與可能性,人們希望產(chǎn)生蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的速度能夠跟上產(chǎn)生蛋白質(zhì)序列的速度，或者減小兩者的差距。那么如何縮小這種差距呢？ 我們不能完全依賴現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)測(cè)定技術(shù)，需要發(fā)展理論分析方法，這對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)提出了極大的挑戰(zhàn)。 自從Anfinsen提出蛋白質(zhì)折疊的信息隱含在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，科學(xué)家們對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)進(jìn)行了大量的研究，我們可以運(yùn)用適當(dāng)?shù)乃惴?，從氨基酸序列出發(fā)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。,2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念,氨基酸以肽鍵連接成多肽鏈稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。

24、 肽鏈在空間卷曲折疊成為特定的三維空間結(jié)構(gòu)，包括二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)二個(gè)主要層次。 有的蛋白質(zhì)由多條肽鏈組成，每條肽鏈稱為亞基，亞基之間又有特定的空間關(guān)系，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。 所以蛋白質(zhì)分子有非常特定的復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定二級(jí)結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)決定三級(jí)結(jié)構(gòu)。,2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念,超二級(jí)結(jié)構(gòu)（supersecondary structure） 超二級(jí)結(jié)構(gòu)是介于蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的空間結(jié)構(gòu)，指相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，排列形成規(guī)則的、在空間結(jié)構(gòu)上能夠辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，并充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。,2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念,模體或指紋（moti

25、f，fingerprint） 屬于蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)范疇，由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮專一的功能。,2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念,結(jié)構(gòu)域（domain） 結(jié)構(gòu)域是在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的三級(jí)結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)。其特點(diǎn)是在三維空間可以明顯區(qū)分或相對(duì)獨(dú)立，并且具有特定的生物學(xué)功能如結(jié)合小分子。模體（motif）可以看作是結(jié)構(gòu)域的亞單位。一個(gè)domain可包括一個(gè)或幾個(gè)motif。 蛋白質(zhì)家族（family） 具有一個(gè)或多個(gè)相同結(jié)構(gòu)域的一組同源蛋白質(zhì)稱為一個(gè)蛋白質(zhì)家族。,3、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的

26、局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置。 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中重要的組成“部件”，是研究蛋白質(zhì)氨基酸序列和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的橋梁。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)對(duì)于蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)具有十分重要的意義。,3、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等。 通過對(duì)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，人們發(fā)現(xiàn)不同的氨基酸并不是平均地分布在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)類型中，也就是說不同的氨基酸形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)類型的傾向性不同。 根據(jù)這個(gè)規(guī)律我們可以由氨基酸序列來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 也可以通過多序列比對(duì)來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。,3、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),可利用綜合性序列

27、分析軟件（如DNAMAN）或 ExPASy上的SOPMA來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。,載入上述93aa的家蠅 defensin氨基酸序列,使用一種DSC算法 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為68.58,Secondary structure prediction,SOPMA,4、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),尋找某種蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)該查詢蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫 （如 PDB），即查詢是否已經(jīng)有人做過該蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。 PDB 中只存儲(chǔ)至今人們已知其三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，數(shù)量占生物體中存在的各種蛋白質(zhì)的很小部分。 由于資金和技術(shù)等方面的問題，人們尚不知道許多蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。 對(duì)于這些蛋白質(zhì)，可以通過結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)來獲得其三級(jí)結(jié)構(gòu)。,4、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),如果已經(jīng)擁有蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)序列，無論是由蛋白質(zhì)測(cè)序儀直接測(cè)定得到氨基酸序列，或是由基因序列通過遺傳密碼翻譯推測(cè)得到氨基酸序列，都可以利用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件（在線服務(wù)）對(duì)該蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 盡管預(yù)測(cè)本身有一定風(fēng)險(xiǎn)，但總比一無所知要好得多。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，每種預(yù)測(cè)方法都是根據(jù)特定的規(guī)則進(jìn)行合理的預(yù)測(cè) ，具有一定的可信度。,4、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),目前預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法可分為三大類 同源