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

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 第五章 蛋白質(zhì)的修飾與克隆表達 第六章 蛋白質(zhì)純化 第七章 蛋白質(zhì)分子設(shè)計 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4Contents of chapter 44.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測4.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫54.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫藍皮本 P164、P165 表6-1橙皮本 P69一、蛋白質(zhì)序

2、列數(shù)據(jù)庫二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫6一、 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫 1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫查找蛋白序列 GenBank、EMBL、DDBJ 2、從蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫查找蛋白序列 SWISS-PROT、PIR、TreEMBL及三者合 并而成的UniProt71、從三大核酸數(shù)據(jù)庫找蛋白序列（1）NCBI National Center for Biotechnology Information，NCBI，美國國家生物技術(shù)信息中心 / GenBank等公共數(shù)據(jù)庫 工具： PubMed 查找文獻 BLAST 序列比對8NCBI主頁9以鼠傷寒沙門

3、氏菌(Salmonella typhimurium) H-1-i基因為例人類的拉丁文名：Homo sapiens101、從三大核酸數(shù)據(jù)庫找蛋白序列（2）EMBL European Molecular Biology Laboratory，EMBL ，歐洲分子生物學(xué)實驗室 / EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫，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的一個非盈利性學(xué)術(shù)機構(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，包括：（1）核酸序列數(shù)據(jù)庫（EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫、Ensembl、ENEST、MitBase Server、EDGP、Parasites等）；（2）蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫（SWISS-PROT、TrEMBL、InterPro等）；（3）基因組數(shù)據(jù)庫；（4）序列結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫（DSSP、HSSP、DALI等）；（5）大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（EBI-MSD等）；（6）人類蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（HPI等）；（7）序列圖譜數(shù)據(jù)庫（RHdb Server、GenomeMaps98等）131、從三大核酸數(shù)據(jù)庫找蛋白序列（3）DDBJ National Institute of

5、 Genetics，NIG，日本國立遺傳學(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（DDBJ）、歐洲EBI維護的EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫，以及美國NCBI的GenBank數(shù)據(jù)庫，并列為國際上最著名的三大核酸數(shù)據(jù)庫。14一、 蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫 1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫查找蛋白序列 GenBank、EMBL、DDBJ 2、從蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫查找蛋白序列 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)庫將以上3個數(shù)據(jù)庫合并在一起。 包括UniProtKB、UniRef和UniParc三部分 UniProtKB：UniProt Knowledgebase16UniPort數(shù)據(jù)庫鏈接：/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)庫藍皮本 P164、P165 表6-1橙皮本 P69一、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫20二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫 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，這種顯示法使二級結(jié)構(gòu)折種顯示法

8、使二級結(jié)構(gòu)折疊容易辨認。疊容易辨認。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)象時有用。種構(gòu)象時有用。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)細節(jié)?？梢怨郎系慕Y(jié)構(gòu)細節(jié)。可以估計原子之間的相對距離，計原子之間的相對距離，對于評價氨基酸之間的對于評價氨基酸之間的相互作用很重要。相互作用很重要。CPKCPK：實心球模型，球體：實心球模型，球體大小對應(yīng)每個原子的范大小對應(yīng)每個原子的范德華半徑。

9、對評估配體德華半徑。對評估配體與結(jié)合位點的適合程度與結(jié)合位點的適合程度非常有用。非常有用。Jmol Viewer模式24蛋白質(zhì)可視化免費軟件PymolPymol是強大的分子圖形顯示和基本特征測定系統(tǒng)。Pymol可在/edu尋找鏈接下載Pymol啟動后顯示雙界面，對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象并分成幾個層次，包括所選對象、蛋白質(zhì)、整體等；2. 每個層次的對象有五種主要操作：動作(A: action)、顯示(S: Show)、隱藏(H: hide)、標記(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 ，鼠標左鍵單擊序列選中特殊待操作的殘基可同時顯示對象所在位置 ；還可設(shè)置背景(論文中這類圖一般用白色背景，而報告中常用黑色背景以增加視覺效果)；4. Wizard中有對分子常用性質(zhì)測定模塊，包括距離、電荷等以及嘗試進行蛋白質(zhì)分子改造的功能。 蛋白質(zhì)圖形操作和性質(zhì)測定 262、MMDB：/Structure274.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫藍皮本 P164、P165 表6-1橙皮本 P69一、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫28三、結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫 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)庫是一個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫。 依據(jù)不同蛋白質(zhì)的氨基酸組成的相似性及三級結(jié)構(gòu)，分為全螺旋、全折疊、 /等11個結(jié)構(gòu)類型，再按照折疊、超家族、家族進一步細分。 30SCOP：http:/scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/31324.1 常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫P164、P165 表6-1一、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫334.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測一

12、、序列比對二、二級結(jié)構(gòu)預(yù)測三、結(jié)構(gòu)域預(yù)測四、三維結(jié)構(gòu)預(yù)測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。通過該網(wǎng)站可以鏈接到國際上包括ENZYME、PROSITE、TrEMBL、SWISS-PROT、SWISS-2DPAGE、 SWISS-3DIMAGE等數(shù)據(jù)庫的相關(guān)站點，以及SWIS

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

14、v/Blast.cgi39一、序列比對 （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、二級結(jié)構(gòu)預(yù)測 統(tǒng)計學(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)測實驗指南電子版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）來預(yù)測 20種氨基酸的Chou-Fasman參數(shù)42二、二級結(jié)構(gòu)預(yù)測 Jpred 在線二級結(jié)構(gòu)預(yù)測：http:/pbio.dundee.ac.uk/www-jpred/ SOPMA在線二級結(jié)構(gòu)

15、預(yù)測： http:/npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html 43JpredJpred二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法 （1 1） 進入進入JpredJpred首頁首頁（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”高級模式，選擇Email提交方式或留空為網(wǎng)頁結(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)果顯示界面選擇進行簡單結(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；-：代表無規(guī)則卷曲。 JpredJpred二級結(jié)構(gòu)預(yù)測二級結(jié)構(gòu)預(yù)測45SOPMASOPMA預(yù)測結(jié)果預(yù)測結(jié)果46局部結(jié)構(gòu)預(yù)測 藍皮本P187 橙皮本P73 跨膜結(jié)構(gòu)預(yù)測：TMPRET 信號肽預(yù)測：SignalP 卷曲螺旋（Coiled coil）預(yù)測：Coils 均可在/proteomics的Tools下找到相應(yīng)程序47SOPMA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法（1） 進入SOPMA主頁(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)中進行符合我們要求的設(shè)置，然后點擊“SUBMIT”按鈕進行分析；48SMARTSMARThttp:/smart.embl-heidelberg.de/結(jié)構(gòu)域預(yù)測結(jié)構(gòu)域預(yù)測三、結(jié)構(gòu)域預(yù)測NCBI conserved domainsNCBI conserved domains/cdd/49/cdd/50/cdd/51/cdd/52http:/smart.embl-heidelberg.de/53三維結(jié)構(gòu)預(yù)測的軟件 SWISS-MODEL軟件 在http