蛋白質結構分析及三維可視化課件

蛋白質結構分析及三維可視化以鐮刀型紅細胞貧血癥為例正常成人血紅蛋白是由兩條α鏈和兩條β鏈相互結合成的四聚體，α鏈和β鏈分別由141和146個氨基酸順序連結構成。鐮狀細胞貧血患者因β鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸所代替，形成了異常的血紅蛋白S（hemoglobinS，HbS），取代了正常血紅蛋白（HbA），在氧分壓下降時HbS分子間相互作用，成為溶解度很低的螺旋形多聚體，使紅細胞扭曲成鐮狀細胞（鐮變）。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課程內容蛋白質結構簡介常見的蛋白質相關數(shù)據庫三維結構可視化練習(PYMOL)蛋白質結構與功能預測1.從氨基酸組成辨識蛋白質2.蛋白質二級結構預測3.蛋白質的三維結構考慮氨基酸理化性質時注意的主要因素：側鏈基團的大小，和疏水性。常根據氨基酸側鏈的疏水性進行分類Fromwikipedia蛋白質的生物功能由蛋白質的結構所決定，蛋白質結構預測成為了解蛋白質功能的重要途徑蛋白質結構預測分為:二級結構預測空間結構預測二級結構預測在一定程度上二級結構的預測可以歸結為模式識別問題

在二級結構預測方面主要方法有：立體化學方法圖論方法統(tǒng)計方法最鄰近決策方法基于規(guī)則的專家系統(tǒng)方法分子動力學方法人工神經網絡方法預測準確率超過70%的第一個軟件是基于神經網絡的PHD系統(tǒng)通過對多種蛋白質結構分析發(fā)現(xiàn)各種氨基酸在不同二級結構中出現(xiàn)具有偏好：-α-螺旋：具有長側鏈的氨基酸如Leu、Met、Gln和Glu-β-折疊：β碳原子處有分支的側鏈如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轉角中通過蛋白質的氨基酸序列預測二級結構可以達到70％的準確率蛋白質的三維結構SWISS-MODEL：http://www.expasy.ch/swissmod/SWISS-MODEL.htmlCPHmodels：http://www.cbs.dtu.dk/services/CPHmodels/蛋白質序列數(shù)據庫SWISS-PROT（瑞士日內瓦大學）蛋白質序列數(shù)據庫http://www.Expasy.ch

內容包括序列及功能信息、蛋白識別、蛋白質結構預測及其他功能NCBI蛋白質數(shù)據庫包括所有蛋白質序列，及其翻譯產物序列/guide/proteins/PIR蛋白質序列信息資源庫（美、德）

蛋白質結構數(shù)據庫PDBProteinDataBank，美國Brookhaven國家實驗室管理生物大分子三維空間結構原子坐標數(shù)據庫/pdb/

NCBISTRUCTUREMMDB（MolecularModellingDataBase），包含了從PDB獲取的實驗確定的生物高聚物結構分子模型數(shù)據庫SCOP（Structuralclassificationofproteins）英國醫(yī)學研究會（MRC）劍橋分子生物學實驗室開發(fā)的蛋白質結構分類數(shù)據庫。包含描述蛋白質域的家族、超家族、折疊、等級等信息。http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/proteomicsProteinDataBank數(shù)據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和DNA的三維立體結構PDB是全球最重要的蛋白質結構資料來源，主要提供的信息有：原子的空間坐標，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，與蛋白結合的ligand，參與生化功能的residue/pdb/home/home.do課堂練習1.以人類的血紅蛋白beta亞基為例的pymol展示實驗2.從數(shù)據庫中下載感興趣的pdb文件觀察其蛋白結構模型PymolPymol:

python+molecule開源產生高質量三維結構圖像Pymol

GUIExternalGUIInternalGUIMousematrixMovie

controlsNamespanelCommand

line獲取序列選擇序列格式顯示2023/6/8復旦大學圖書館文獻檢索教研室獲取FASTA格式序列進入日內瓦大學生物分子學網站

選擇同源建模服務器SWISSMODEL同源建模服務器建模自動模式聯(lián)盟模式項目模式自動模式建模將以上獲取的Fasta序列的

MHLTPEE

MHLTPVE

重新建模*Model預測模型*Templates與相似的已知結構蛋白的列表蛋白質功能預測例：對正常hemoglobin的序列修改后并預測其功能MVHLTPVEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALG