蛋白质结构与功能预测.ppt

1、DNA sequence,Protein sequence,Protein structure,Protein function,蛋白质序列分析主要内容,ExPASy（Expert Protein Analysis System）Tools（/tools/）,蛋白质理化性质是蛋白质研究的基础 蛋白质的基本性质： 相对分子质量 氨基酸组成 等电点（PI） 消光系数 半衰期 不稳定系数 总平均亲水性 实验方法： 相对分子质量的测定、等电点实验、沉降实验 缺点：费时、耗资 基于实验经验值的计算机分析方法,1.蛋白质基本理化性质分析,基于一级序列的组分分析 氨基酸亲疏水

2、性等分析为高级结构预测提供参考 Expasy 开发的针对蛋白质基本理化性质的分析： Protparam 工具 /tools/protparam.html,相对分子质量 氨基酸组成 等电点（PI） 消光系数 半衰期 不稳定系数 总平均亲水性 ,蛋白质理化性质分析工具,AACompIdent,PeptideMass,蛋白质理化性质分析,Protparam 工具 /tools/protparam.html 计算以下物理化学性质： 相对分子质量 理论 pI 值 氨基酸组成 原子组成 消光系数 半衰期 不稳定系数 脂肪系数

3、总平均亲水性,主要选项/参数,序列在线提交形式： 如果分析SWISS-PORT和TrEMBL数据库中序列 直接填写Swiss-Prot/TrEMBL AC号(accession number) 如果分析新序列： 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列,输入Swiss-Prot/TrEMBL AC号分不同的功能域肽段,输出结果,点击不同功能域或是以直接粘贴氨基酸序列的方式得到以下结果,正/负电荷残基数,13,原子组成,分子式,总原子数,不稳定系数,脂肪系数,总平均亲水性,40 unstable,(a)-Type I membrane protein (b)-Type II membrane protein

4、 (c)-Multipass transmembrane proteins (d)-Lipid chain-anchored membrane proteins (e)-GPI-anchored membrane proteins,蛋白质亲疏水性/跨膜区分析,蛋白质亲疏水性分析,疏水作用是蛋白质折叠的主要驱动力 分析蛋白质氨基酸亲疏水性是了解蛋白质折叠的第一步 氨基酸疏水分析为蛋白质二级结构预测提供佐证 可用于分析蛋白质相互作用位点-抗原位点预测（预测准确率达56%） 是分析蛋白质跨膜区重要一步,螺旋跨膜区主要是由20-30个疏水性氨基酸（Leu、Ile、Val、Met、Gly、Ala等）组成

5、 亲水残基往往出现在疏水残基之间，对功能有重要的作用 基于亲/疏水量和蛋白质膜区每个氨基酸的统计学分布偏好性量 TMpred- /software/TMPRED_form.html SOSUI- http:/bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/,蛋白质跨膜区分析,常用蛋白质跨膜区域分析工具,TMHMM,ProtScale工具 /tools/protscale.html 氨基酸标度 表示氨基酸在某种实验状态下相对其他氨基酸在某些性质的差异，如疏水性、亲水性等 收集56多个文献中提供的氨基酸标

6、度 默认值以Hphob. Kyte & Doolittle做疏水性分析 特异性氨基酸标度，如Hopp & Woods（1981）针对抗原片段定位；Accessible residues（1979）针对氨基酸溶剂可及性定位；Chou & Fasman （1978）针对氨基酸二级结构疏水性分析,蛋白质亲疏水性分析,主要选项/参数 序列在线提交形式： 如果分析SWISS-PORT和TrEMBL数据库中序列 直接填写Swiss-Prot/TrEMBL AC号(accession number) 如果分析新序列： 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列,是否归一化,输出结果 输入Swiss-Prot/TrEMBL

7、 AC号分不同的功能域肽段,所用氨基酸标度信息,分析所用参数信息,输出结果,跨膜区分析,TMpred工具：/software/TMPRED_form.html 预测跨膜区和跨膜方向 依靠跨膜蛋白数据库Tmbase,主要参数/选项,序列在线提交形式： 直接贴入蛋白序列 填写SwissProt/TrEMBL/EMBL/EST的ID或AC,输出结果,包含四个部分 可能的跨膜螺旋区 相关性列表,跨膜拓扑模型及图示,SOSUI工具： - http:/bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/ 以图形方式返回结果，需要Java Applet程序

8、,输入氨基酸单字母,运行,平均疏水值,预测的跨模螺旋区域,两种跨膜Helix,预测区域的螺旋示意图,平均疏水值,预测的跨模螺旋区域,两种跨膜Helix,32,亲疏水轮廓,跨膜蛋白序列“边界”原则 -Landolt Marticorena et al., 1993,胞外末端Asp、Ser和Pro 胞外-内分界区域Trp 跨膜区Leu、Ile、Val、Met、Phe、Trp、Cys、Ala、Pro和Gly 胞内-外分界区域Tyr、Trp和Phe 胞内末端Lys和Arg,两股或两股以上螺旋相互缠绕而形成超螺旋结构 存在于多种天然蛋白质中，如转录因子、结构蛋白、膜蛋白中，在生物体内执行着代谢调控、分子

9、运动、膜通道、分子识别等重要的生物功能，,36,蛋白质卷曲螺旋域分析,典型的有亮氨酸拉链，存在7残基 重复结构（heptad repeat)，以a，b， c，d，e，f，g位置表示，其中a和d位置为疏水性氨基酸，而其他位置 残 基为亲水性,COILS- /software/COILS_form.html PEPCOIL- http:/bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/pepcoil.html,蛋白质卷曲螺旋域分析,蛋白质卷曲螺旋预测工具,COILS- /softw

10、are/COILS_form.html COILS蛋白质卷曲螺旋预测方法基于Lupas算法，是目前主流的卷曲区域预测算法 一般滑动窗口的大小采用7的倍数,蛋白质卷曲螺旋分析,选择滑动窗口大小,选择打分矩阵和权重,选择输入格式，选择“SwissProtID or AC”,查询内容，输入“GO45_HUMAN”,图形结果,蛋白质二级结构预测,基本的二级结构 螺旋，折叠， 转角，无规则卷曲（coils）以及模序（motif）等蛋白质局部结构组件 分析方法： 基于统计和机器学习方法进行预测 Chou-Fasman算法 GOR算法 多序列列线预测 基于神经网络的序列预测 基于已有知识的预测方法 （kno

11、wledge based method） 混合方法（hybrid system method）,蛋白质二级结构分析工具,蛋白质二级结构分析工具（续）,蛋白质二维结构预测,PredictProtein / 可以获得功能预测、二级结构、基序、二硫键结构、结构域等许多蛋白质序列的结构信息 该方法的平均准确率超过72%，最佳残基预测准确率达90%以上。因此，被视为蛋白质二级结构预测的标准 需要注册帐号用于学术研究,PredictProtein提交界面详解,提交邮件 地址（必填）,蛋白名称（可选）,分析方法,分析方法程序详解,跨膜螺旋预测（PHDh

12、tm）专家选项,Ambivalent序列识别（ASP）专家选项,CHOP结构域分析工具专家选项,比对内容,从SWISS-PROT数据库返回BLAST搜索结果,MaxHom参数选项,最低序列比对一致性,空位间隔罚分,空位延伸罚分,比对矩阵,最大击中值,选择保存分析结果,是否返回多序列比对结果,HTML结果形式,AGAPE结果,PROF/PHD结果形式,以下拉框中所指定的输入格式将待测序列粘贴此提交栏,PredictProtein分析结果,PredictProtein分析结果,结构域分析,结构域是蛋白序列的功能、结构和进化单元 分析方法 序列比对 基于蛋白质家族的位置特异性矩阵或概形矩阵,基本类型

13、 ：,折叠,折叠,/折叠,+折叠,56,模体、结构域数据库,模体、结构域数据库,蛋白质三维结构预测,同源建模法分析步骤： 多序列比对 与已有晶体结构的蛋白质序列比对 确定是否有可以使用的模板 序列相似度30% 序列相似度30%，结合功能，蛋白质一级序列、二级结构或结构域信息 构建三维模型 三维模型准确性检验 Whatcheck 程序 Ramachandran plot计算检验 手工调整多序列比对，重新拟和，构建新的模型 *,蛋白质三维结构预测,SWISS-MODEL工具 http:/www.expasy.ch/swissmod/SWISS-MODEL.html 同源建模方法 与PDB数据库已知

14、结构的蛋白质序列比对进行预测,主要参数/选项,输出结果,3D-PSSM工具 http:/www.sbg.bio.ic.ac.uk/3dpssm/index2.html 由英国伦敦帝国理工学院维护，其数据库中含有9864个蛋白折叠结构 3D-PSSM先用PSI-BLAST标准方法通过多序列比对得到轮廓（profile），然后对家族中的一系列成员进行结构比对得出该家族的结构轮廓，接着用线串法将模板结构轮廓和待测蛋白的序列轮廓进行1D-3D轮廓之间的比对，此外也考虑了溶剂可及性和二级结构信息,输入用户Email（必需）,蛋白质描述（选填）,序列提交框（氨基酸单字母）,Phyre -http:/www

15、.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre/ 3d-PSSM的升级版，增加了fold数据，并且性能上提高10-15，采用了新的分析界面,二级结构预测,序列比对结果,序列比对一致性,模板长度,靶标蛋白模型,模板蛋白结构分类信息,折叠子描述,常用蛋白质三维结构观察和修改工具,Chime网络游览器插件,Chime- 基于游览器的三维结构观察工具 安装后在Internet Explorer下的 PLUGINS文件夹中会有： npchime.dll (plugins folder) npchime.zip (plugins folder, used for LiveConnect) NOTE: Do not unzip this file chimepro.html (plugins folder, the release notes for Chime) chime26.isu (plugins fold