蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及三維可視化課件

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及三維可視化以鐮刀型紅細(xì)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(jié)合成的四聚體，α鏈和β鏈分別由141和146個(gè)氨基酸順序連結(jié)構(gòu)成。鐮狀細(xì)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(shí)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(xì)胞扭曲成鐮狀細(xì)胞（鐮變）。課程工具PYMOL下載地址：B/Download/download/protein_structure/pymol/1.Linux2.win32(擴(kuò)展名man改msi)3.win64(擴(kuò)展名man改msi)4.mac課程內(nèi)容蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介常見的蛋白質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)三維結(jié)構(gòu)可視化練習(xí)(PYMOL)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)1.從氨基酸組成辨識(shí)蛋白質(zhì)2.蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)3.蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)考慮氨基酸理化性質(zhì)時(shí)注意的主要因素：側(cè)鏈基團(tuán)的大小，和疏水性。常根據(jù)氨基酸側(cè)鏈的疏水性進(jìn)行分類Fromwikipedia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(cè)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(cè)分為:二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)在一定程度上二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)可以歸結(jié)為模式識(shí)別問題

在二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方面主要方法有：立體化學(xué)方法圖論方法統(tǒng)計(jì)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(dòng)力學(xué)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率超過70%的第一個(gè)軟件是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PHD系統(tǒng)通過對(duì)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(jí)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)具有偏好：-α-螺旋：具有長(zhǎng)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(cè)二級(jí)結(jié)構(gòu)可以達(dá)到70％的準(zhǔn)確率蛋白質(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/蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)SWISS-PROT（瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)）蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)http://www.Expasy.ch

內(nèi)容包括序列及功能信息、蛋白識(shí)別、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)及其他功能NCBI蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)（美、德）

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)PDBProteinDataBank，美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(kù)/pdb/

NCBISTRUCTUREMMDB（MolecularModellingDataBase），包含了從PDB獲取的實(shí)驗(yàn)確定的生物高聚物結(jié)構(gòu)分子模型數(shù)據(jù)庫(kù)SCOP（Structuralclassificationofproteins）英國(guó)醫(yī)學(xué)研究會(huì)（MRC）劍橋分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)。包含描述蛋白質(zhì)域的家族、超家族、折疊、等級(jí)等信息。http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/proteomicsProteinDataBank數(shù)據(jù)庫(kù)收集了全世界利用核磁共振，X-ray衍射實(shí)驗(yàn)，理論模擬出來(lái)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(lái)源，主要提供的信息有：原子的空間坐標(biāo)，引用文獻(xiàn)，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/pdb/home/home.do課堂練習(xí)1.以人類的血紅蛋白beta亞基為例的pymol展示實(shí)驗(yàn)2.從數(shù)據(jù)庫(kù)中下載感興趣的pdb文件觀察其蛋白結(jié)構(gòu)模型PymolPymol:

python+molecule開源產(chǎn)生高質(zhì)量三維結(jié)構(gòu)圖像Pymol

GUIExternalGUIInternalGUIMousematrixMovie

controlsNamespanelCommand

line獲取序列選擇序列格式顯示2023/6/8復(fù)旦大學(xué)圖書館文獻(xiàn)檢索教研室獲取FASTA格式序列進(jìn)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同源建模服務(wù)器建模自動(dòng)模式聯(lián)盟模式項(xiàng)目模式自動(dòng)模式建模將以上獲取的Fasta序列的

MHLTPEE

MHLTPVE

重新建模*Model預(yù)測(cè)模型*Templates與相似的已知結(jié)構(gòu)蛋白的列表蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)例：對(duì)正常hemoglobin的序列修改后并預(yù)測(cè)其功能MVHLTPVEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALG