第五章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

第五章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)引言一、諾貝爾獎(jiǎng)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，佩魯茨(M.F.Perutz)和肯德魯(J.C.Kendrew)用Ｘ射線衍射技術(shù)測(cè)定肌紅蛋白和血紅蛋白的原子排列

1982年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，克盧格（A.Klug）將Ｘ射線衍射技術(shù)與電子顯微技術(shù)結(jié)合發(fā)明顯微影象重組技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)2002年，美國(guó)科學(xué)家約翰·芬恩、日本科學(xué)家田中耕一(質(zhì)譜分析)和瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希(核磁共振)發(fā)明了對(duì)生物大分子進(jìn)行識(shí)別和結(jié)構(gòu)分析的方法。第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)信息1.二級(jí)結(jié)構(gòu)

(secondarystructure)2.超二級(jí)結(jié)構(gòu)

(supersecondarystructure)3.三級(jí)結(jié)構(gòu)

(tertiarystructure)4.四級(jí)結(jié)構(gòu)

(quaternarystructure)第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的主要目標(biāo)1.建立研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息發(fā)掘與預(yù)測(cè)的方法；2.研究參與生命活動(dòng)過程的蛋白質(zhì)的物理性質(zhì)、空間架構(gòu)、功能片段和相互作用；3.探索基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)表征蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義；4.得到新的預(yù)測(cè)性的知識(shí)。第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)特征（一）二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要類型和特征

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊而形成的構(gòu)象，借氫鍵維系。主要分為α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角及無規(guī)卷曲等類型。第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.α螺旋(αhelix)的結(jié)構(gòu)特征為：（1）主鏈骨架圍繞中心軸盤繞形成右手螺旋；（2）螺旋每上升一圈是3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm；（3）相鄰螺旋圈之間形成許多氫鍵；（4）側(cè)鏈基團(tuán)位于螺旋的外側(cè)。2.β折疊(βsheets)的結(jié)構(gòu)特征為：（1）若干條肽鏈或肽段平行或反平行排列成片；（2）所有肽鍵的C=O和N—H形成鏈間氫鍵；（3）側(cè)鏈基團(tuán)分別交替位于片層的上、下方。第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一人細(xì)胞珠蛋白(2DC3.pdb)的第121到140位殘基對(duì)應(yīng)的a-螺旋側(cè)面和頂部(N端)視圖第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一β折疊示意圖

a.反平行和平行的多個(gè)β折疊鏈形成一個(gè)完整β折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵示意圖；b.來自人pi型谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)硫酶中單個(gè)亞基中連續(xù)主鏈的部分β折疊結(jié)構(gòu)(2DGQ.pdb)側(cè)面視圖，可見轉(zhuǎn)角(turn)；c.來自人pi型谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)硫酶一個(gè)亞基中連續(xù)主鏈的部分β折疊結(jié)構(gòu)頂部視圖，可見轉(zhuǎn)角(turn)；d.來自人信號(hào)傳遞蛋白SMAD4(1DD1.pdb)的一個(gè)亞基中部分β折疊結(jié)構(gòu)頂部視圖，可見到大的環(huán)區(qū)(loop)。

第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一多肽鏈180°回折部分，通常由四個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，借1.4殘基之間形成的氫鍵維系。3.β轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)特征為：a.人谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)硫酶pi第56到59位殘基的β轉(zhuǎn)角連接了來自相同主鏈的兩段β折疊鏈，片層末端殘基顯示為粗枝狀，β轉(zhuǎn)角中Gly和Asp顯示為細(xì)線，轉(zhuǎn)角區(qū)域內(nèi)第一個(gè)Asp的α羰基氧與其后第三位α氨基成氫鍵(3DGQ.pdb)；b.來自人細(xì)胞珠蛋白(2DC3.pdb)的兩段α螺旋由β轉(zhuǎn)角連接，用粗樹枝狀顯示了兩段螺旋末端的脯氨酸。β轉(zhuǎn)角及其連接的β折疊鏈和α螺旋第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一4.無規(guī)卷曲的結(jié)構(gòu)特征為：

無規(guī)卷曲的特點(diǎn)為在主鏈骨架上無規(guī)則盤繞，其構(gòu)象狀態(tài)仍遵循物理化學(xué)原理，但波動(dòng)性較大，對(duì)溫度變化敏感；實(shí)驗(yàn)測(cè)定三級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)往往無法識(shí)別無規(guī)卷曲(缺失其座標(biāo))，即使有座標(biāo)則其溫度因子也較高。無規(guī)卷曲同Ω環(huán)的區(qū)分主要是其長(zhǎng)度和其形狀的波動(dòng)性。第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）超二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要類型和特征超二級(jí)結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure)指位于同一主鏈的多個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)組裝形成的特定組裝體，可直接作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的或結(jié)構(gòu)域的組成單元，是從蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)過渡結(jié)構(gòu)形式，也稱為立體結(jié)構(gòu)形成的模體。第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（1）β轉(zhuǎn)角或Ω環(huán)等連接連續(xù)四個(gè)α螺旋形成的四α螺旋捆；（2）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水側(cè)鏈氨基酸殘基、在螺旋兩端含有強(qiáng)親水側(cè)鏈氨基酸的α螺旋組成的亮氨酸拉鏈(Leucinezipper)；（3）一條主鏈中相鄰七個(gè)兩親α螺旋通過過度結(jié)構(gòu)形成的七次穿膜螺旋組；（4）連續(xù)主鏈中兩段α螺旋連接三段β折疊鏈形成的Rossmann折疊；（5）β轉(zhuǎn)角連接a螺旋構(gòu)成的a-螺旋-β轉(zhuǎn)角-α螺旋；（6）Ω環(huán)連接α螺旋構(gòu)成的α螺旋-Ω環(huán)-α螺旋等。（7）β-折疊都為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要類型：第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

三級(jí)結(jié)構(gòu)（proteintertiarystructure），即蛋白質(zhì)分子處于它的天然折疊狀態(tài)的三維構(gòu)象，它是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤繞，折疊形成的。蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠氨基酸側(cè)鏈之間的疏水相互作用，氫鍵、二硫鍵、范德華力和靜電作用維持。不同類型的蛋白質(zhì)盡管局部結(jié)構(gòu)分解后具有很高的相似性，但是由于其含輔助因子的全部共價(jià)相連原子空間的相對(duì)位置，即其二級(jí)結(jié)構(gòu)的組裝(assembly)模式存在著差異，在三級(jí)結(jié)構(gòu)層面不同的蛋白質(zhì)將體現(xiàn)各自整體的結(jié)構(gòu)特征。（三）三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要類型和特征

第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中二級(jí)結(jié)構(gòu)的折疊和組裝

按二級(jí)結(jié)構(gòu)組裝模式對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類對(duì)解析蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成規(guī)律和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能有重要幫助。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)組裝模式主要是全α螺旋、全β折疊、α螺旋/β折疊，還有少量α螺旋+β折疊類。第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一全a-螺旋蛋白質(zhì)

人血清白蛋白(上圖a,b)和細(xì)菌視紫紅質(zhì)(下圖a-c)第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一全β-折疊蛋白質(zhì)人晶狀體蛋白(上圖c,d)和大腸桿菌NANC離子通道蛋白(下圖f)

第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一a-螺旋/β-折疊蛋白質(zhì)

細(xì)胞表面標(biāo)志蛋白CD98(圖d)及糖酵解的絕大多數(shù)酶蛋白(圖a)第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一a-螺旋+β-折疊類蛋白質(zhì)

人TBP與雙螺旋DNA復(fù)合物(1CDW.pdb)第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的單元通過非共價(jià)鍵聚集成的非共價(jià)復(fù)合物稱為四級(jí)結(jié)構(gòu)，其所含獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)單位為亞基(subunit)。形成四級(jí)結(jié)構(gòu)全部依靠非共價(jià)鍵相互作用，且來自不同亞基的二級(jí)結(jié)構(gòu)間可發(fā)生強(qiáng)的相互作用以穩(wěn)定四級(jí)結(jié)構(gòu)，如生成跨亞基的更大β折疊結(jié)構(gòu)或α螺旋聚集體；其中，氫鍵、疏水相互作用和靜電作用是主要維持力。為了形成穩(wěn)定的四級(jí)結(jié)構(gòu)，必然要求相互作用的任兩個(gè)蛋白質(zhì)間在空間外形互補(bǔ)以增加接觸面且理化性質(zhì)互補(bǔ)。這些特征也是預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)間相互作用時(shí)有用的輔助判據(jù)。（四）四級(jí)結(jié)構(gòu)的主要類型和特征

第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一PBO-1蛋白質(zhì)呈現(xiàn)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)偶數(shù)亞基形成的四級(jí)結(jié)構(gòu)具有較高的對(duì)稱性

第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域與家族分類（一）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域

結(jié)構(gòu)域是構(gòu)成蛋白質(zhì)亞基的緊密球狀區(qū)域，為介于二級(jí)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一種結(jié)構(gòu)層次；是蛋白質(zhì)中可以具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的部分，通常由一個(gè)基因外顯子編碼，并可具有特定的功能。最常見的結(jié)構(gòu)域約含有100～200個(gè)氨基酸殘基，一般至少40個(gè)、多的可至400個(gè)以上；對(duì)于一個(gè)較大球狀蛋白質(zhì)分子來說，往往由兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體締合而成三維結(jié)構(gòu)體。第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）蛋白質(zhì)家族分類目前建立在結(jié)構(gòu)域基礎(chǔ)上的蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)庫有PROSITE、PRINTS、Pfam、SMART、SWISS、PROT、ProDom和BLOCKS等，每個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫運(yùn)用不同的原理來識(shí)別結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)超家族；將它們結(jié)合起來可以更準(zhǔn)確地歸類蛋白質(zhì)家族和描繪結(jié)構(gòu)域。InterPro數(shù)據(jù)庫，是聯(lián)合PROSITE、PRINTS、Pfam和ProDom四個(gè)獨(dú)立完整的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫組成站點(diǎn)，它是將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域和功能位點(diǎn)加以統(tǒng)一建立的數(shù)據(jù)庫資源。

第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一三、蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)解析方法蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析主要有三大技術(shù)平臺(tái)（一）X-衍射蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析（二）核磁共振波譜分析（三）冷凍電鏡技術(shù)第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（一）蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)X-衍射分析

摸索蛋白質(zhì)結(jié)晶條件、快速處理晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和減少差錯(cuò)是目前蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析的兩大難題或瓶頸。是目前分辨率最高的結(jié)構(gòu)測(cè)定方法，高通量晶體結(jié)構(gòu)分析中的幾大重要環(huán)節(jié)是：數(shù)據(jù)處理與分析、重原子的定位、密度修飾、分子替換、圖形整合、模型加工和確認(rèn)。晶體結(jié)構(gòu)分析的常用軟件有SOLVE，RESOLVE等。第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（二）核磁共振波譜分析

利用核磁共振原理，檢測(cè)分子質(zhì)量小于60kd的蛋白質(zhì)，通過對(duì)其核磁共振譜線特征參數(shù)的測(cè)定來分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，就是將原始資料利用傅里葉變換轉(zhuǎn)換為不同的峰值，然后采集各種不同的峰組成圖譜，并利用生物信息學(xué)方法篩選出具有特定結(jié)構(gòu)特征的圖譜。常用NMRPipe和SPARKY軟件處理這些過程，使用XEASY，DYANA和GARANT等軟件分析側(cè)鏈或骨架結(jié)構(gòu)。第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一與X-衍射晶體分析技術(shù)相比較，NMR技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定的速度上、和研究的對(duì)象上都存在一定的限制，成本太高，步驟繁多。但其無需制備晶體標(biāo)本，可在溶液中直接測(cè)定，也可進(jìn)行固相測(cè)定，因此利用NMR法使得某些無法獲得晶體結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)或非液相蛋白質(zhì)（如膜蛋白）的結(jié)構(gòu)測(cè)定成為可能。相對(duì)而言，NMR技術(shù)更適合小分子質(zhì)量以及水溶性較好培養(yǎng)晶體困難的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)于蛋白質(zhì)折疊、局部動(dòng)力學(xué)或構(gòu)象分析、蛋白-蛋白相互作用，NMR更體現(xiàn)其優(yōu)越性。X-衍射晶體分析技術(shù)和NMR技術(shù)的比較第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（三）冷凍電子顯微鏡技術(shù)

采用高壓快速液氮冷凍方法使樣品包埋在玻璃態(tài)的水環(huán)境中，使我們能夠觀察到生物大分子在天然狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)；同時(shí)冷凍的速度極快，把細(xì)胞在其生理活動(dòng)的某些特定時(shí)刻固定下來，顯示此時(shí)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而可通過不同功能狀態(tài)的瞬時(shí)構(gòu)象變化來研究生物分子的功能。冷凍電鏡獲得的是處于天然狀態(tài)下未經(jīng)染色的分子的二維投影像。將樣品進(jìn)行不同角度的傾斜所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并依據(jù)樣品的不同特性使用不同的重構(gòu)技術(shù)獲得分子的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上觀察多種成分的圖像變化，追蹤生物大分子的裝配及其動(dòng)力學(xué)過程。第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一由冷凍電鏡技術(shù)所獲得的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)與X射線晶體技術(shù)非常相似，而且其信噪比非常低，并適合于內(nèi)在膜蛋白的分析。其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)為：可以用不同的方法對(duì)均一的（如膜蛋白的二維晶體，二十面體對(duì)稱的病毒等對(duì)稱結(jié)構(gòu)）和不均一的（如核糖體等）樣品進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)，同時(shí)，冷凍電子顯微鏡是唯一的能研究小到蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)復(fù)合物，大到細(xì)胞器甚至整個(gè)細(xì)胞的方法。冷凍電子顯微鏡技術(shù)與X衍射晶體結(jié)構(gòu)分析方法比較第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的可視化

可視化分析蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，有利于從原子間相互作用的層次理解生命活動(dòng)過程的信息控制機(jī)制，更加有效地揭示分子在完成其功能過程中的演化情況，了解蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和各種微觀性質(zhì)與宏觀性質(zhì)之間的定量關(guān)系。只要安裝蛋白質(zhì)分子圖形學(xué)軟件，并獲得所需蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，配以商業(yè)軟件或免費(fèi)的小分子圖形設(shè)計(jì)系統(tǒng)，就可開展結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)的探索性工作。第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一蛋白質(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(cè)定系統(tǒng)Pymol可在/尋找鏈接下載，Pymol啟動(dòng)后顯示雙界面，對(duì)分子操作的常用命令界面，多種分析功能界面。第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.圖形界面左上側(cè)列出主要的可操作對(duì)象并分成幾個(gè)層次，包括所選對(duì)象、蛋白質(zhì)、整體等；2.每個(gè)層次的對(duì)象有五種主要操作：動(dòng)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(duì)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(duì)分子常用性質(zhì)測(cè)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(cè)定第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫一、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫PBD第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

PDB數(shù)據(jù)庫收錄條目一覽表實(shí)驗(yàn)方法分子類型總數(shù)蛋白質(zhì)核酸蛋白/核酸復(fù)合物其他X-射線衍射48225116822161751626NMR699386915068018電他1305510150總數(shù)55519205824363360046第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

以人類淚液載脂蛋白為例，具體介紹下其在PDB數(shù)據(jù)庫中結(jié)構(gòu)檢索和可視化過程第一步：輸入關(guān)鍵字“HUMANTEARLIPOCALIN”

第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第二步：選擇人類淚液載脂蛋白1XKI第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第三步：點(diǎn)擊BiologyAssembly面板展示其結(jié)構(gòu)圖

第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第四步：1XKI結(jié)構(gòu)展示圖

第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫SCOP

SCOP（structuralclassificationofprotein）數(shù)據(jù)庫是一個(gè)包含已有結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)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(jí)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)描述已知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)之間的功能及進(jìn)化關(guān)系。第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一SCOP數(shù)據(jù)庫中1.75版本中詳細(xì)信息蛋白質(zhì)種類（Class）折疊子的數(shù)目（Folds）超家族的數(shù)目（Superfamilies）家族的數(shù)目（Families）全螺旋蛋白284507871全折疊蛋白174354742螺旋和折疊147244803螺旋+折疊3765521055復(fù)合結(jié)構(gòu)域蛋白666689膜蛋白58110123小蛋白90129219總和119519623902第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一三、蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫CATH

數(shù)據(jù)庫的名稱CATH分別是數(shù)據(jù)庫中四種分類類別的第一個(gè)字母，即C代表蛋白質(zhì)的種類（class）；A代表蛋白質(zhì)中二級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)架（architecture）；T代表蛋白質(zhì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（topology）；最后H代表數(shù)據(jù)庫中最高層的分類類別-蛋白質(zhì)同源超家族（homologoussuperfamily）。CATH蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫與另外一個(gè)蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫SCOP相比，后者更注重從蛋白質(zhì)進(jìn)化的角度來對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類，而CATH數(shù)據(jù)庫偏重于從結(jié)構(gòu)角度對(duì)蛋白質(zhì)分類。第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一CATH把蛋白質(zhì)分為4類，即全α、全β、α-β（α/β型和α+β型）和低二級(jí)結(jié)構(gòu)類。第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一以蛋白質(zhì)1ucr為例的搜索結(jié)果1ucr包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別為‘1ucrA00’和‘1ucrB00’。這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域?qū)儆谕煌醇易?。結(jié)果顯示1ucr為二聚物，它的每條鏈都有自己特異的鏈標(biāo)識(shí)（如1ucrA和1ucrB）。獲得該查詢1ucr的PDBcode、圖像和功能信息。第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

點(diǎn)擊上述查詢結(jié)構(gòu)頁面domainID為1ucrA00的超鏈接，CATH數(shù)據(jù)庫將列出該結(jié)構(gòu)域相關(guān)的序列家族、結(jié)構(gòu)、序列和數(shù)據(jù)更新歷史記錄等結(jié)果；并可進(jìn)一步獲得三維結(jié)構(gòu)。第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的密碼隱藏在序列中

通過序列來解開蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

一種氨基酸序列只可能有一種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這就是計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義所在。根據(jù)安芬森的熱動(dòng)力學(xué)原理，蛋白質(zhì)在細(xì)胞中應(yīng)該處在它與環(huán)境的自由能最低態(tài)。這意味著可以根據(jù)物理、化學(xué)、生物學(xué)等知識(shí)來設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的能量函數(shù)，因此尋找這種最低自由能所代表的結(jié)構(gòu)。第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一一、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件主要介紹Jpred和SOMPA的二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法以人基質(zhì)金屬蛋白酶MMP14(Matrixmetalloproteinase)為例gi|4826834|ref|NP_004986.1第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一Jpred二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)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(jí)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(jiǎn)單結(jié)果瀏覽、圖形化輸出等操作；第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（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。由圖看出：Jpred方法預(yù)測(cè)的MMP14二級(jí)結(jié)構(gòu)有8個(gè)α螺旋區(qū)（H）和23個(gè)β折疊區(qū)（E），其他區(qū)域均為無規(guī)則卷曲區(qū)（-）。

Jpred二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一SOMPA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法（1）進(jìn)入SOMPA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；第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一人民衛(wèi)生出版社8年制及7年制臨床醫(yī)學(xué)等專業(yè)用《生物信息學(xué)》（3）查看結(jié)果，主要含有alphahelix(h)-螺旋，Extendedstrand(e)延伸鏈，Betaturn(t)-折疊，Randomcoil(c)無規(guī)卷曲。其中Hh有150個(gè)氨基酸，占25.77%；Ee有110個(gè)氨基酸，占18.90%；Tt有52個(gè)氨基酸，占8.93%；Cc有270個(gè)氨基酸，占46.39%。Hh、Cc和Ee貫穿于整個(gè)氨基酸鏈，Tt主要分布在氨基酸鏈的第300個(gè)氨基酸之后。第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一SOMPA預(yù)測(cè)結(jié)果第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件及服務(wù)器蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)服務(wù)通過因特網(wǎng)對(duì)公眾免費(fèi)開放(同源建模)：瑞士生物信息研究所SWISS-MODEL丹麥技術(shù)大學(xué)生物序列分析中心CPHmodels比利時(shí)拿摩大學(xué)ESyPred3D英國(guó)癌癥研究中心3DJigsawAccelrysDiscoveryStudio軟件InsightIIFAMS第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第一步：進(jìn)入SWISS-MODEL三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)服務(wù)器主頁仍以人MMP14序列為實(shí)例應(yīng)用SWISS-MODEL服務(wù)器自動(dòng)模式