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

蛋白質(zhì)工程

ProteinEngineering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(dá)第六章蛋白質(zhì)純化第七章蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)第八章蛋白質(zhì)組學(xué)第九章蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用Chapter4BioinformaticsAnalysisofProteinStructure第四章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測4Contentsofchapter44.2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測4.1常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫4.1常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫藍(lán)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、DDBJ2、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UniProt1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫找蛋白序列（1）NCBINationalCenterforBiotechnologyInformation，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(xiàn)BLAST序列比對NCBI主頁以鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphimurium)H-1-i基因?yàn)槔祟惖睦∥拿篐omosapiens1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫找蛋白序列（2）EMBLEuropeanMolecularBiologyLaboratory，EMBL，歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室/EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫，1980年建立EuropeanBioinformaticsInstitute，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(gè)非盈利性學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，也是生物信息學(xué)研究與服務(wù)的歐洲中心。（2）EMBLEBI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、MitBaseServer、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（RHdbServer、GenomeMaps98等）1、從三大核酸數(shù)據(jù)庫找蛋白序列（3）DDBJNationalInstituteofGenetics，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(jī)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(hù)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。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、DDBJ2、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

SWISS-PROT、PIR、TreEMBL見P170-173目前UniProt數(shù)據(jù)庫將以上3個(gè)數(shù)據(jù)庫合并在一起。包括UniProtKB、UniRef和UniParc三部分UniProtKB：UniProtKnowledgebaseUniPort數(shù)據(jù)庫鏈接：

/蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析P186如前圖所示，在UniPort結(jié)果里可看到：（1）ComputerpI/MW：蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)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4.1常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫藍(lán)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)庫二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫1、PDB（ProteinDatebBank）

2、MMDB（MolecularModelingDatabase）1、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)：JmolViewer、KiNGViewer、SWISS-PDBViewerCartoon：彩帶模型，這種顯示法使二級結(jié)構(gòu)折疊容易辨認(rèn)。Backbone：金屬絲模型，表示出多肽主鏈的走向，在比較同一種分子的兩種構(gòu)象時(shí)有用。JmolViewer模式BallandStick：球棍模型，能顯示原子水平上的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)?？梢怨烙?jì)原子之間的相對距離，對于評價(jià)氨基酸之間的相互作用很重要。CPK：實(shí)心球模型，球體大小對應(yīng)每個(gè)原子的范德華半徑。對評估配體與結(jié)合位點(diǎn)的適合程度非常有用。JmolViewer模式蛋白質(zhì)可視化免費(fèi)軟件PymolPymol是強(qiáng)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。1.圖形界面左上側(cè)列出主要的可操作對象并分成幾個(gè)層次，包括所選對象、蛋白質(zhì)、整體等；2.每個(gè)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(biāo)記(L:Label)、上色(C:Color)。3.Dispaly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(biāo)左鍵單擊序列選中特殊待操作的殘基可同時(shí)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(bào)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(jìn)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2、MMDB：/Structure

4.1常用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫藍(lán)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)庫三、結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫參見P182SCOPCATHPDBsumSCOP：http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/SCOP（StructuralClassificationofProtein）數(shù)據(jù)庫是一個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)類型，再按照折疊、超家族、家族進(jìn)一步細(xì)分。SCOP：http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/4.1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4.2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測一、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)測蛋白質(zhì)分析專家系統(tǒng)ExpertProteinAnalysisSystem，ExPASy/1994年由瑞士生物信息學(xué)院（SwissInstituteofBioinformatics，SIB）創(chuàng)建的世界上第一個(gè)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(diǎn)，以及SWISS-MODEL等軟件工具。/proteomics/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)測等一、序列比對在生物信息學(xué)研究中，最常用和最經(jīng)典的一個(gè)研究手段，就是通過序列比對獲得有用的信息和知識。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(diǎn)和不同點(diǎn)，從而能夠推測它們的結(jié)構(gòu)、功能及進(jìn)化上的聯(lián)系。一、序列比對（1）NCBI的BLAST/Blast.cgi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后綴文件二、二級結(jié)構(gòu)預(yù)測統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)指南》電子版Chou-Fasman法：根據(jù)20種氨基酸形成α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角的傾向性（P）來預(yù)測20種氨基酸的Chou-Fasman參數(shù)二、二級結(jié)構(gòu)預(yù)測Jpred在線二級結(jié)構(gòu)預(yù)測：pbio.dundee.ac.uk/www-jpred/SOPMA在線二級結(jié)構(gòu)預(yù)測：

http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html

Jpred二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法

（1）進(jìn)入Jpred首頁（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(diǎn)擊“MakePrediction”；（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(jìn)行簡單結(jié)果瀏覽、圖形化輸出等操作；（4）分析結(jié)果H：代表α-螺旋；E：代表β-折疊；-：代表無規(guī)則卷曲。

Jpred二級結(jié)構(gòu)預(yù)測SOPMA預(yù)測結(jié)果局部結(jié)構(gòu)預(yù)測

藍(lán)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（Coiledcoil）預(yù)測：Coils均可在/proteomics的Tools下找到相應(yīng)程序SOPMA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法（1）進(jìn)入SOPMA主頁(http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_sopma.html)；（2）在“Pasteaproteinsequencebelow”下的空白處提交蛋白序列（原始序列），可以在參數(shù)中進(jìn)行符合我們要求的設(shè)置，然后點(diǎn)擊“SUBMIT”按鈕進(jìn)行分析；SMARThttp://smart.embl-heidelberg.de/結(jié)構(gòu)域預(yù)測三、結(jié)構(gòu)域預(yù)測NCBIconserveddomains/cdd//cdd//cdd//cdd/http://smart.embl-heidelberg.de/三維結(jié)構(gòu)預(yù)測的軟