蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及三維可視化

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及三維可視化第1頁/共34頁課程工具PYMOL下載地址：B/Download/download/protein_structure/pymol/1.Linux2.win32(擴展名man改msi)3.win64(擴展名man改msi)4.mac第2頁/共34頁課程內(nèi)容蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介常見的蛋白質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)庫三維結(jié)構(gòu)可視化練習(xí)(PYMOL)第3頁/共34頁蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測1.從氨基酸組成辨識蛋白質(zhì)2.蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測3.蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)第4頁/共34頁第5頁/共34頁考慮氨基酸理化性質(zhì)時注意的主要因素：側(cè)鏈基團的大小，和疏水性。常根據(jù)氨基酸側(cè)鏈的疏水性進行分類第6頁/共34頁Fromwikipedia第7頁/共34頁蛋白質(zhì)的生物功能由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)所決定，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測成為了解蛋白質(zhì)功能的重要途徑蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測分為:二級結(jié)構(gòu)預(yù)測空間結(jié)構(gòu)預(yù)測第8頁/共34頁二級結(jié)構(gòu)預(yù)測在一定程度上二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測可以歸結(jié)為模式識別問題

在二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方面主要方法有：立體化學(xué)方法圖論方法統(tǒng)計方法最鄰近決策方法基于規(guī)則的專家系統(tǒng)方法分子動力學(xué)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測準(zhǔn)確率超過70%的第一個軟件是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PHD系統(tǒng)第9頁/共34頁通過對多種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)各種氨基酸在不同二級結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)具有偏好：-α-螺旋：具有長側(cè)鏈的氨基酸如Leu、Met、Gln和Glu-β-折疊：β碳原子處有分支的側(cè)鏈如Val，Ile，和Phe-Pro在螺旋和折疊中出現(xiàn)都不適宜-Gly也很少出現(xiàn)在螺旋和折疊中-pro和Gly常出現(xiàn)在β轉(zhuǎn)角中通過蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測二級結(jié)構(gòu)可以達到70％的準(zhǔn)確率第10頁/共34頁蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)SWISS-MODEL：http://www.expasy.ch/swissmod/SWISS-MODEL.htmlCPHmodels：http://www.cbs.dtu.dk/services/CPHmodels/第11頁/共34頁蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫SWISS-PROT（瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)）蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫http://www.Expasy.ch

內(nèi)容包括序列及功能信息、蛋白識別、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測及其他功能NCBI蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫包括所有蛋白質(zhì)序列，及其翻譯產(chǎn)物序列/guide/proteins/PIR蛋白質(zhì)序列信息資源庫（美、德）

第12頁/共34頁蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫PDBProteinDataBank，美國Brookhaven國家實驗室管理生物大分子三維空間結(jié)構(gòu)原子坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫/pdb/

NCBISTRUCTUREMMDB（MolecularModellingDataBase），包含了從PDB獲取的實驗確定的生物高聚物結(jié)構(gòu)分子模型數(shù)據(jù)庫SCOP（Structuralclassificationofproteins）英國醫(yī)學(xué)研究會（MRC）劍橋分子生物學(xué)實驗室開發(fā)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫。包含描述蛋白質(zhì)域的家族、超家族、折疊、等級等信息。http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop第13頁/共34頁第14頁/共34頁第15頁/共34頁/proteomics第16頁/共34頁第17頁/共34頁ProteinDataBank數(shù)據(jù)庫收集了全世界利用核磁共振，X-ray衍射實驗，理論模擬出來的蛋白質(zhì)和DNA的三維立體結(jié)構(gòu)PDB是全球最重要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)資料來源，主要提供的信息有：原子的空間坐標(biāo)，引用文獻，形成的α-helix和β-sheet的氨基酸序列，二硫鍵連接模式，與蛋白結(jié)合的ligand，參與生化功能的residue第18頁/共34頁/pdb/home/home.do第19頁/共34頁課堂練習(xí)1.以人類的血紅蛋白beta亞基為例的pymol展示實驗2.從數(shù)據(jù)庫中下載感興趣的pdb文件觀察其蛋白結(jié)構(gòu)模型第20頁/共34頁PymolPymol:

python+molecule開源產(chǎn)生高質(zhì)量三維結(jié)構(gòu)圖像第21頁/共34頁Pymol

GUIExternalGUIInternalGUI第22頁/共34頁MousematrixMovie

controlsNamespanelCommand

line第23頁/共34頁第24頁/共34頁第25頁/共34頁獲取序列選擇序列格式顯示第26頁/共34頁2023/4/26獲取FASTA格式序列第27頁/共34頁進入日內(nèi)瓦大學(xué)生物分子學(xué)網(wǎng)站

選擇同源建模服務(wù)器SWISSMODEL第28頁/共34頁同源建模服務(wù)器建模自動模式聯(lián)盟模式項目模式第29頁/共34頁自動模式建模第30頁/共34頁將以上獲取的Fasta序列的

MHLTPEE

MHLTPVE

重新建模第31頁/共34頁*Model預(yù)測模型*Templates與相似的已知結(jié)構(gòu)蛋白的列表第32頁/共34頁蛋白質(zhì)功能預(yù)測例：對正常hemoglobin的序列修改后并預(yù)測其功能MVHLTPVEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPD