蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的生物信息學(xué)研究

1、 實(shí)驗(yàn)名稱：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的生物信息學(xué)研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握運(yùn)用BLAST工具對指定蛋白質(zhì)的氨基酸序列同源性搜索的方法。2.掌握用不同的工具分析蛋白質(zhì)的氨基酸序列的基本性質(zhì)3掌握蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)的分析4.熟悉對蛋白質(zhì)的氨基酸序列所代表蛋白的修飾情況、所參與的代謝途徑、相互作用的蛋白，以及與疾病的相關(guān)性的分析。實(shí)驗(yàn)方法和流程：一、 同源性搜索同源性從分子水平講則是指兩個(gè)核酸分子的核苷酸序列或兩個(gè)蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列間的相似程度。BLAST工具能對生物不同蛋白質(zhì)的氨基酸序列或不同的基因的DNA序列極性比對，并從相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中找到相同或相似序列。對指定的蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行同源性搜

2、索步驟如下： 登錄網(wǎng)址/blast/輸入序列后,運(yùn)行blast工具序列比對的圖形結(jié)果顯示序列比對的圖形結(jié)果：用相似性區(qū)段（Hit）覆蓋輸入序列的范圍判斷兩個(gè)序列的相似性。如果圖形中包含低得分的顏色（主要是紅色）區(qū)段，表明兩序列的并非完全匹配。匹配序列列表及得分可選擇不同的比對工具各序列得分備注: Clustal是一款用來對()的軟件?？梢杂脕戆l(fā)現(xiàn)特征序列，進(jìn)行蛋白分類，證明序列間的同源性，幫助預(yù)測新序列二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)，確定PCR引物，以及在分子進(jìn)化分析方面均有很大幫助。Clustal包括Clustalx和Clustalw(前者是圖形化界面版本后者是命

3、令界面)，是生物信息學(xué)常用的多序列比對工具。該序列的比對結(jié)果有100條，按得分降序排列，其中最大得分2373，最小得分分為1195.詳細(xì)的比對序列的排列情況第一個(gè)序列的匹配率為100%第一個(gè)匹配序列Score表示打分矩陣計(jì)算出來的值，由搜索算法決定的，值越大說明匹配程度越大。Expect是輸入序列被隨機(jī)搜索出來的概率，該值越小越好。Identities是相似程度，即匹配率，100%表示序列全部匹配。Method:代表不同的打分矩陣方法，選擇不同的打分矩陣會得到不同的打分結(jié)果。顯示結(jié)果按越后面匹配率越低。二、 分析蛋白質(zhì)的氨基酸序列的基本性質(zhì)ProParam是計(jì)算氨基酸理化參數(shù)常用的工具，提供計(jì)

4、算蛋白質(zhì)的分子量、理論等電點(diǎn)、氨基酸組成、原子組成、消光系數(shù)（extinction coefficient）、半衰期、不穩(wěn)定系數(shù)、脂肪系數(shù)和總平均疏水性（GRAVY）等。登錄網(wǎng)址：/protparam并輸入序列號蛋白質(zhì)的氨基酸組成、相對分子質(zhì)量、等電點(diǎn)和原子組成。結(jié)果1：該蛋白質(zhì)序列的氨基酸數(shù)為1255個(gè)，相對分子質(zhì)量為137910.5，等電點(diǎn)為5.58，由C、H、N、O、 S五種原子組成，共有19180個(gè)原子。消光系數(shù)、半衰期、不穩(wěn)定系數(shù)、脂肪系數(shù)和總平均疏水性（GRAVY）結(jié)果2：消光系數(shù)反映了蛋白在特定波長下吸收可見光或不可見光的能力，可用來測蛋白

5、濃度。由上圖知，該序列在280nm的波長下，假設(shè)所有成對的半胱氨酸殘基形成胱氨酸，則該序列的消光系數(shù)1.003；假設(shè)所有的半胱氨酸殘基都減少了，改序列的消光系數(shù)為0.976。半衰期為30小時(shí)(哺乳動物的網(wǎng)織紅細(xì)胞,體外)；> 20小時(shí)(酵母、體內(nèi))，> 10小時(shí)(大腸桿菌、體內(nèi))。該蛋白不穩(wěn)定系數(shù)為56.13，提示該蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。脂肪系數(shù)是計(jì)算球狀蛋白脂肪族氨基酸側(cè)鏈所占相對體積，反映了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，為82.35. 蛋白質(zhì)的疏水性預(yù)測可以根據(jù)GRAVY值來預(yù)測。GRAVY值的范圍在2 與-2之間，正值表明此蛋白為疏水性蛋白，負(fù)值表明為親水蛋白。該蛋白的GRAVY值為-0.247

6、，因此預(yù)測該蛋白為親水蛋白。利用ProtScale工具對蛋白質(zhì)進(jìn)行親疏水性分析登錄網(wǎng)址/protscale并輸入序列號GFAP親疏水性分布圖，橫坐標(biāo)為序列位置，縱坐標(biāo)為氨基酸的標(biāo)度值。Hphob.kyte&Doolittle 標(biāo)度（default)定義疏水性氨基酸較高的打分值（>0值表示疏水性,<0值表示親水性。從圖可看出，標(biāo)度值<0的區(qū)域比>0的較為密集，因此，結(jié)合上面的GRAVY值為-0.247，預(yù)測該蛋白為親水蛋白。利用TMPred工具對該蛋白進(jìn)行跨膜區(qū)結(jié)構(gòu)預(yù)測登錄網(wǎng)址/

7、software/TMPRED_form.html最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：2種模型都預(yù)測有4個(gè)蛋白質(zhì)跨膜區(qū)。用TMHMM預(yù)測是否存在跨膜區(qū) 登錄網(wǎng)址http:/www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/結(jié)果提示有2個(gè)蛋白質(zhì)跨膜區(qū)。其跨膜區(qū)比TMpred預(yù)測的結(jié)果少了2個(gè)。少了序列前面2個(gè)位置的跨膜區(qū)。三、 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)分析登錄網(wǎng)址/，輸入相應(yīng)的序列號建模部分結(jié)果有A、B、C、D四條晶體結(jié)構(gòu)的單鏈陣線。四、蛋白質(zhì)序列的修飾情況、所參與的代謝途徑、相互作用的蛋白，以及與疾病的相關(guān)性分析登錄在里面找到工具。輸入序列號結(jié)果：所輸入

8、序列的代碼。所輸入序列的代碼相互作用的蛋白網(wǎng)絡(luò)圖序列基本信息由結(jié)果可知，該蛋白質(zhì)序列相互作用的蛋白有10個(gè)。所輸入序列的代碼為ERBB2。根據(jù)基本信息可知，ERBB2是表皮生長因子受體（ EGFR)家族成員之一是白血病病毒致癌基因同族體2。蛋白酪氨酸激酶（ERBB2基因表達(dá)產(chǎn)物）是幾個(gè)細(xì)胞表面受體復(fù)合物的一部分,但這需要一個(gè)coreceptor配體結(jié)合。Neuregulin受體復(fù)雜的重要組成部分,盡管neuregulin不單獨(dú)與之交互。GP30是一個(gè)潛在的配體受體。調(diào)節(jié)產(chǎn)物和周邊穩(wěn)定微管(MTs)?？偨Y(jié)：該蛋白質(zhì)序列的比對結(jié)果有100條，按得分降序排列，其中最大得分2373，最小得分分為1195. 該蛋白質(zhì)序列的氨基酸數(shù)為1255個(gè)，相對分子質(zhì)量為137910.5，等電點(diǎn)為5.58，由C、H、N、O、 S五種原子組成，共有19180個(gè)原子。該序列在280nm的波長下，假設(shè)所有成對的半胱氨酸殘基形成胱氨酸，則該序列的消光系數(shù)1.003；假設(shè)所有的半胱氨酸殘基都減少了，改序列的消光系數(shù)為0.976。半衰期為30小時(shí)(哺乳動物的網(wǎng)織紅細(xì)胞,體外)；> 20小時(shí)(酵母、體內(nèi))，> 10小時(shí)(大腸桿菌、體內(nèi))。該蛋白不穩(wěn)定系數(shù)為56.13，結(jié)果提示該蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。脂肪系數(shù)為82.35.該蛋白的GRAVY值為-0.247，通過親疏水性分析得出該蛋白為親水蛋白。三級結(jié)構(gòu)分