蛋白質(zhì)序列分析

蛋白質(zhì)序列分析教材Page

84~96蛋白質(zhì)序列分析教材Page

138~152生物大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的瀏覽（RasMol軟件）教材Page

175~184蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的同源模建下次課上機(jī)實(shí)習(xí)第一頁，共196頁。蛋白質(zhì)序列分析的主要內(nèi)容蛋白質(zhì)序列檢索蛋白質(zhì)序列比對蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)功能預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)分子進(jìn)化分析蛋白質(zhì)分子設(shè)計（比如藥物設(shè)計）蛋白質(zhì)組學(xué)分析數(shù)據(jù)庫

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軟件第二頁，共196頁。蛋白質(zhì)序列分析1、蛋白質(zhì)序列檢索

2、蛋白質(zhì)序列比對3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測第三頁，共196頁。（一）、蛋白質(zhì)序列檢索蛋白質(zhì)序列分析舉例：家蠅抗菌肽（antimicrobialpeptide）研究假設(shè)核酸序列檢索沒有發(fā)現(xiàn)家蠅defensin的編碼序列。

由于家蠅屬于雙翅目（Diptera）昆蟲，我們可以通過NCBI的蛋白質(zhì)序列檢索,尋找多種昆蟲防御素的氨基酸序列,尤其是雙翅目昆蟲防御素的氨基酸序列。然后進(jìn)行氨基酸序列的多序列比對,找出昆蟲防御素的保守區(qū)域,根據(jù)保守氨基酸序列,設(shè)計簡并引物，然后嘗試從家蠅總RNA中反轉(zhuǎn)錄（RT-PCR）擴(kuò)增目的基因片段。第四頁，共196頁。Proteindefensin

diptera第五頁，共196頁。All:242點(diǎn)擊索引號的鏈接便可得到相關(guān)的蛋白序列，比如我從中選取了十條（按蚊、伊蚊、果蠅等）。第六頁，共196頁。蛋白質(zhì)序列分析1、蛋白質(zhì)序列檢索2、蛋白質(zhì)序列比對3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測第七頁，共196頁。（二）、蛋白質(zhì)序列比對昆蟲（雙翅目）防御素多序列比對接下來，我們利用綜合性序列分析軟件（比如DNAMAN）對這10條昆蟲defensin序列進(jìn)行多序列比對，找出它們的保守氨基酸序列。第八頁，共196頁。多序列比對第九頁，共196頁。文件文件夾通道第十頁，共196頁。第十一頁，共196頁。第十二頁，共196頁。第十三頁，共196頁。第十四頁，共196頁。第十五頁，共196頁。多序列比對結(jié)果第十六頁，共196頁。第十七頁，共196頁。KRATCDKAVCVC昆蟲防御素的保守區(qū)域第十八頁，共196頁。（二）、蛋白質(zhì)序列比對至此，通過昆蟲defensin序列的多序列比對，我們找出了它們的保守氨基酸序列。下一步，我們可以根據(jù)昆蟲defensin保守氨基酸序列設(shè)計簡并引物。即，根據(jù)KRATCD序列設(shè)計上游引物，根據(jù)KAVCVC序列設(shè)計下游引物。第十九頁，共196頁。蛋白質(zhì)序列分析1、蛋白質(zhì)序列檢索2、蛋白質(zhì)序列比對

3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測第二十頁，共196頁。（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析的基本方面，一般包括：蛋白質(zhì)的氨基酸組成分子量等電點(diǎn)（pI）親疏水性分析跨膜區(qū)分析信號肽分析第二十一頁，共196頁。（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析假如，我們根據(jù)家蠅defensin基因cDNA序列設(shè)計一對特異引物，已經(jīng)成功地從家蠅總RNA中反轉(zhuǎn)錄PCR擴(kuò)增出目的基因片段并測序。下一步，我們不僅要對我們獲得的defensin核酸序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析。也要對其推導(dǎo)的氨基酸序列進(jìn)行分析。第二十二頁，共196頁。（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析的基本方面，一般包括：蛋白質(zhì)的氨基酸組成分子量等電點(diǎn)（pI）親疏水性分析跨膜區(qū)分析信號肽分析第二十三頁，共196頁。1、氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等基本理化性質(zhì)假如我們測序得到一條家蠅defensin核酸序列。首先，我們通過NCBI的ORFFinder來確認(rèn)一下它的蛋白編碼區(qū)以及它所編碼的氨基酸序列。然后對這個理論推導(dǎo)的家蠅defensin氨基酸序列進(jìn)行分析。第二十四頁，共196頁。利用NCBI的ORFFinder來查找ORFAllResources（A-Z）第二十五頁，共196頁。第二十六頁，共196頁。ORFFinder第二十七頁，共196頁。家蠅defensincDNA序列Geneticcodes選項(xiàng)：默認(rèn)為Standard另提供15種物種及線粒體的密碼子第二十八頁，共196頁。BLAST找到4個ORF其中最長的ORF為282bp（1～281）第二十九頁，共196頁。MKYFTIVAVFLAVAVCYISQSSASPAPNEEANFVHGADALKQLEPELHGRYKRATCDLLSGTGVGHSACAAHCLLRGNRGGYCNGKGVCVCRN第三十頁，共196頁。1、氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等基本理化性質(zhì)可以利用綜合性序列分析軟件（如DNAMAN）來分析蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)。另外也有許多在線程序可資利用。第三十一頁，共196頁。載入上述93aa的家蠅defensin氨基酸序列序列組分屬性第三十二頁，共196頁。MW=9844.4PredictedpI=8.29氨基酸組成列表第三十三頁，共196頁。1、氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等基本理化性質(zhì)除了利用綜合性序列分析軟件（DNAMAN）來分析蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)外，還有許多在線程序可資利用。以下我們重點(diǎn)介紹ExPASy（ExpertProteinAnalysisSystem，蛋白質(zhì)專家分析系統(tǒng)）。ExPASy由瑞士生物信息學(xué)研究所（SwissInstituteofBioinformatics

，SIB）維護(hù)，是研究蛋白質(zhì)的首選網(wǎng)站。第三十四頁，共196頁。第三十五頁，共196頁。第三十六頁，共196頁。第三十七頁，共196頁。Primarystructureanalysis（一級結(jié)構(gòu)分析）第三十八頁，共196頁。ComputepI/Mw計算理論等電點(diǎn)和分子量第三十九頁，共196頁。第四十頁，共196頁。復(fù)制粘貼上述93aa的家蠅defensin氨基酸序列第四十一頁，共196頁。TheoreticalpI/Mw8.53/9846.29第四十二頁，共196頁。MW=9844.4PredictedpI=8.29氨基酸組成列表！不同程序預(yù)測的結(jié)果有差別第四十三頁，共196頁。ProtParam計算蛋白質(zhì)理化參數(shù)常用的工具第四十四頁，共196頁。第四十五頁，共196頁。TheoreticalpI/Mw8.53/9846.2第四十六頁，共196頁。酸性氨基酸：6堿性氨基酸：9消光系數(shù)第四十七頁，共196頁。預(yù)測半衰期不穩(wěn)定系數(shù)不穩(wěn)定系數(shù)小于40時，表示該蛋白在試驗(yàn)中比較穩(wěn)定。第四十八頁，共196頁。（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析的基本方面，一般包括：蛋白質(zhì)的氨基酸組成分子量等電點(diǎn)（pI）親疏水性分析跨膜區(qū)分析信號肽分析第四十九頁，共196頁。2、親疏水性分析蛋白質(zhì)親疏水性氨基酸的組成是蛋白質(zhì)折疊的主要驅(qū)動力。蛋白質(zhì)折疊時會形成疏水內(nèi)核和親水表面，而跨膜區(qū)多由疏水性氨基酸組成。可利用綜合性序列分析軟件（如DNAMAN）或ExPASy上的ProtScale來分析蛋白質(zhì)的親疏水性。第五十頁，共196頁。疏水性輪廓第五十一頁，共196頁。2～18區(qū)域，有一典型的疏水性區(qū)域第五十二頁，共196頁。Primarystructureanalysis（一級結(jié)構(gòu)分析）第五十三頁，共196頁。ProtScale程序蛋白質(zhì)疏水性分析第五十四頁，共196頁。第五十五頁，共196頁。第五十六頁，共196頁。5～20區(qū)域，有一典型的疏水性區(qū)域＞0表示疏水性，＜0表示親水性第五十七頁，共196頁。2～18區(qū)域，有一典型的疏水性區(qū)域第五十八頁，共196頁。（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析的基本方面，一般包括：蛋白質(zhì)的氨基酸組成分子量等電點(diǎn)（pI）親疏水性分析跨膜區(qū)分析信號肽分析第五十九頁，共196頁。3、跨膜區(qū)分析跨膜區(qū)多由疏水性氨基酸組成，但預(yù)測得到的疏水區(qū)不一定就是跨膜區(qū)。蛋白質(zhì)序列含有跨膜區(qū)提示它可能作為膜受體起作用，也可能是定位于膜的錨定蛋白或者離子通道蛋白等。第六十頁，共196頁。3、跨膜區(qū)分析以下介紹ExPASy上的相關(guān)資源：TMHMM（跨膜區(qū)分析）TMpred（跨膜區(qū)分析）第六十一頁，共196頁。Topologyprediction（拓?fù)鋵W(xué)預(yù)測）第六十二頁，共196頁。跨膜區(qū)分析第六十三頁，共196頁。TMHMM（跨膜區(qū)分析）第六十四頁，共196頁。第六十五頁，共196頁。顯示大約在第2～27位之間有一跨膜區(qū)，并且是由胞內(nèi)到胞外第六十六頁，共196頁?？缒^(qū)分析第六十七頁，共196頁。TMpred（跨膜區(qū)分析）第六十八頁，共196頁。第六十九頁，共196頁。發(fā)現(xiàn)三種可能的跨膜螺旋第七十頁，共196頁。顯示跨膜螺旋的傾向性第七十一頁，共196頁。給出最可能的跨膜方式:N末端在膜內(nèi)，從第3到第21位氨基酸殘基，由胞里到胞外。第七十二頁，共196頁。1（最可能的跨膜方式）2（備選的跨膜方式）第七十三頁，共196頁。2、疏水性、跨膜區(qū)分析ProtScale（疏水性分析）

第5～20位氨基酸殘基，有一典型疏水區(qū)域。TMHMM（跨膜區(qū)分析）第2～27位之間有一跨膜區(qū)，由胞內(nèi)到胞外。TMpred（跨膜區(qū)分析）第3～21位之間有一跨膜區(qū)，由胞內(nèi)到胞外。以上三個工具都可從

ExPASy上找到。第七十四頁，共196頁。（三）、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析是蛋白質(zhì)序列分析的基本方面，一般包括：蛋白質(zhì)的氨基酸組成分子量等電點(diǎn)（pI）疏水性分析跨膜區(qū)分析信號肽分析第七十五頁，共196頁。4、信號肽與蛋白質(zhì)定位信號肽（Signalpeptide）

是分泌性蛋白質(zhì)在分泌出膜外時其肽鏈的N端所具有的一小段多肽。幾乎所有的分泌性蛋白都含有信號序列。信號序列一般有20～40氨基酸長，在跨膜運(yùn)輸過程中，最終被信號肽酶除去。第七十六頁，共196頁。protein蛋白質(zhì)定位胞膜胞外胞漿胞核或其他細(xì)胞器第七十七頁，共196頁。4、信號肽與蛋白質(zhì)定位

以下我們?nèi)匀焕肊xPASy來尋找相關(guān)工具SignalP

（信號肽分析）TargetP（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）PSORT（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）第七十八頁，共196頁。Post-translationalModificationprediction（翻譯后修飾預(yù)測）第七十九頁，共196頁。SignalP信號肽分析第八十頁，共196頁。SignalP3.0Server（信號肽分析）第八十一頁，共196頁。第八十二頁，共196頁。第八十三頁，共196頁。Sscore（綠色）Cscore（紅色）分析發(fā)現(xiàn)第1～23位為信號肽第八十四頁，共196頁。第八十五頁，共196頁。4、信號肽與蛋白質(zhì)定位

以下我們?nèi)匀焕肊xPASy來尋找相關(guān)工具SignalP

（信號肽分析）TargetP（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）PSORT（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）第八十六頁，共196頁。Topologyprediction（拓?fù)鋵W(xué)預(yù)測）第八十七頁，共196頁。TargetP蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位第八十八頁，共196頁。TargetP1.1Server蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位第八十九頁，共196頁。第九十頁，共196頁。SP（signalpeptide）LocS（Secretorypathway）RC（Reliabilityclass,from1to5）TPlen（Predictedpresequencelength）第九十一頁，共196頁。3、信號肽（前導(dǎo)肽）與蛋白質(zhì)定位

以下我們?nèi)匀焕肊xPASy來尋找相關(guān)工具SignalP

（信號肽分析）TargetP（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）PSORT（蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位）第九十二頁，共196頁。Topologyprediction（拓?fù)鋵W(xué)預(yù)測）第九十三頁，共196頁。PSORT蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位第九十四頁，共196頁。第九十五頁，共196頁。PSORT蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位第九十六頁，共196頁。第九十七頁，共196頁。第九十八頁，共196頁。發(fā)現(xiàn)信號肽（1～23）第九十九頁，共196頁。N端可能在膜內(nèi)第一百頁，共196頁。定位于細(xì)胞質(zhì)第一百零一頁，共196頁。蛋白質(zhì)序列分析1、蛋白質(zhì)序列檢索2、蛋白質(zhì)序列比對3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析

4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測第一百零二頁，共196頁。（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測1、通過序列比對（如BLAST、FASTA）預(yù)測蛋白質(zhì)功能。（注意打分矩陣的選擇）近緣關(guān)系比對遠(yuǎn)緣關(guān)系比對第一百零三頁，共196頁。（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和

功能位點(diǎn)來預(yù)測蛋白質(zhì)功能。相關(guān)的數(shù)據(jù)庫很多，以下主要介紹兩個相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫（PROSITE、SMART）和兩個綜合性數(shù)據(jù)庫（InterProScan、CDD）。均可從ExPASy找到。第一百零四頁，共196頁。相關(guān)概念模體或指紋（motif，fingerprint）屬于蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)范疇，由兩個或兩個以上具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮專一的功能。第一百零五頁，共196頁。相關(guān)概念超二級結(jié)構(gòu)（supersecondarystructure）超二級結(jié)構(gòu)是介于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間的空間結(jié)構(gòu)，指相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，排列形成規(guī)則的、在空間結(jié)構(gòu)上能夠辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體，并充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。第一百零六頁，共196頁。相關(guān)概念結(jié)構(gòu)域（domain）結(jié)構(gòu)域是在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的三級結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)。其特點(diǎn)是在三維空間可以明顯區(qū)分或相對獨(dú)立，并且具有特定的生物學(xué)功能如結(jié)合小分子。模體（motif）可以看作是結(jié)構(gòu)域的亞單位。一個結(jié)構(gòu)域可包括一個或幾個模體。蛋白質(zhì)家族（family）具有一個或多個相同結(jié)構(gòu)域的一組同源蛋白質(zhì)稱為一個蛋白質(zhì)家族。第一百零七頁，共196頁。Protsite數(shù)據(jù)庫Protsite數(shù)據(jù)庫是基于對蛋白質(zhì)家族中同源序列多序列比對得到的保守性區(qū)域，這些區(qū)域通常與生物學(xué)功能有關(guān)，例如酶的活性位點(diǎn)、配體或金屬結(jié)合位點(diǎn)等。因此，Prosite數(shù)據(jù)庫實(shí)際上是蛋白質(zhì)序列功能位點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。通過對Prosite數(shù)據(jù)庫的搜索，可判斷該序列包含什么樣的功能位點(diǎn)，從而推測其可能屬于哪一個蛋白質(zhì)家族。第一百零八頁，共196頁。PROSITE（Proteinfamiliesanddomains）第一百零九頁，共196頁。第一百一十頁，共196頁。第一百一十一頁，共196頁。匹配到一個目標(biāo)：Invertebratedefensins（無脊椎動物防御素）第一百一十二頁，共196頁。SMART數(shù)據(jù)庫簡單模塊構(gòu)架搜索工具（simplemodulararchitectureresearchtool，SMART）一個較好的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能域的數(shù)據(jù)庫，由EMBL建立和維護(hù)。第一百一十三頁，共196頁。Patternandprofilesearches第一百一十四頁，共196頁。SMART第一百一十五頁，共196頁。第一百一十六頁，共196頁。第一百一十七頁，共196頁。Knot1domain（Knottins打結(jié)素）Position:55to93E-value:2.11e-02第一百一十八頁，共196頁。InterPro數(shù)據(jù)庫InterPro是個集成的數(shù)據(jù)庫，目的是基于大多數(shù)普通的數(shù)據(jù)庫之上，對蛋白質(zhì)家族、結(jié)構(gòu)域、功能位點(diǎn)等進(jìn)行獨(dú)特的、無冗余的描述。Interpro

數(shù)據(jù)庫集合了PROSITE、Pfam、PRINTS、SMART等數(shù)據(jù)庫。由EBI開發(fā)，維護(hù)。第一百一十九頁，共196頁。第一百二十頁，共196頁。InterProScan第一百二十一頁，共196頁。InterPro集成了14個蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，最新版含有5542個結(jié)構(gòu)域，12370個蛋白質(zhì)家族。第一百二十二頁，共196頁。（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和

功能位點(diǎn)來預(yù)測蛋白質(zhì)功能。相關(guān)的數(shù)據(jù)庫很多，以下主要介紹兩個相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫（PROSITE、SMART）和兩個綜合性數(shù)據(jù)庫（InterProScan、CDD）。均可從ExPASy找到。第一百二十三頁，共196頁。Patternandprofilesearches第一百二十四頁，共196頁。第一百二十五頁，共196頁。InterProScanSequenceSearch第一百二十六頁，共196頁。第一百二十七頁，共196頁。第一百二十八頁，共196頁。（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和

功能位點(diǎn)來預(yù)測蛋白質(zhì)功能。相關(guān)的數(shù)據(jù)庫很多，以下主要介紹兩個相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫（PROSITE、SMART）和兩個綜合性數(shù)據(jù)庫（InterProScan、CDD）。均可從ExPASy找到。第一百二十九頁，共196頁。第一百三十頁，共196頁。AllResources（A-Z）第一百三十一頁，共196頁。第一百三十二頁，共196頁。第一百三十三頁，共196頁。第一百三十四頁，共196頁。第一百三十五頁，共196頁。Defensin_2，4e-07（blastp會自動搜索CDD）第一百三十六頁，共196頁。第一百三十七頁，共196頁。ConservedDomainDatabase，CDD保守結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫第一百三十八頁，共196頁。第一百三十九頁，共196頁。Defensin_2，4e-07（blastp會自動搜索CDD）第一百四十頁，共196頁。（四）、蛋白質(zhì)功能預(yù)測1、通過序列比對（比如BLAST、FASTA）預(yù)測蛋白質(zhì)功能。（注意打分矩陣的選擇）2、通過數(shù)據(jù)庫搜索蛋白質(zhì)家族、保守結(jié)構(gòu)域和

功能位點(diǎn)來預(yù)測蛋白質(zhì)功能。PROSITE、SMARTInterProScan、CDD第一百四十一頁，共196頁。蛋白質(zhì)序列分析1、蛋白質(zhì)序列檢索2、蛋白質(zhì)序列比對3、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析4、蛋白質(zhì)功能預(yù)測

5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測第一百四十二頁，共196頁。（五）、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的必要性與可能性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測第一百四十三頁，共196頁。1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的必要性與可能性蛋白質(zhì)由氨基酸的線性序列組成，但是，它們只有折疊成特定的空間構(gòu)象才能具有相應(yīng)的活性和相應(yīng)的生物學(xué)功能。了解蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)不僅有利于認(rèn)識蛋白質(zhì)的功能，也有利于認(rèn)識蛋白質(zhì)是如何執(zhí)行其功能的。掌握蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)還是蛋白質(zhì)分子設(shè)計的基礎(chǔ)，比如有些蛋白質(zhì)是藥物作用的靶標(biāo)，聯(lián)合運(yùn)用基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，藥物設(shè)計者可以設(shè)計出小分子化合物，抑制與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，從而達(dá)到治療疾病的目的。第一百四十四頁，共196頁。1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的必要性與可能性目前，蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)積累的速度非常快，但是，已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)相對比較少。由于用X射線晶體衍射、NMR核磁共振技術(shù)和電鏡三維重構(gòu)等實(shí)驗(yàn)方法來確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程非常復(fù)雜，代價較高。因此，實(shí)驗(yàn)測定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比已知的蛋白質(zhì)序列要少得多。第一百四十五頁，共196頁。1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的必要性與可能性另一方面，隨著DNA測序技術(shù)的發(fā)展，人類基因組及更多的模式生物基因組已經(jīng)或?qū)⒁煌耆珳y序，DNA序列數(shù)量將會急增。我們可以從DNA推導(dǎo)出大量的蛋白質(zhì)序列。這意味著已知序列的蛋白質(zhì)數(shù)量和已測定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量的差距將會越來越大。因而，揭示每一種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，已成為后基因組時代的制高點(diǎn)，這也就是結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的基本任務(wù)。第一百四十六頁，共196頁。1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的必要性與可能性人們希望產(chǎn)生蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的速度能夠跟上產(chǎn)生蛋白質(zhì)序列的速度，或者減小兩者的差距。那么如何縮小這種差距呢？我們不能完全依賴現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)測定技術(shù)，需要發(fā)展理論分析方法，這對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測提出了極大的挑戰(zhàn)。自從Anfinsen提出蛋白質(zhì)折疊的信息隱含在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，科學(xué)家們對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測進(jìn)行了大量的研究，我們可以運(yùn)用適當(dāng)?shù)乃惴ǎ瑥陌被嵝蛄谐霭l(fā)來預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。第一百四十七頁，共196頁。2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念氨基酸以肽鍵連接成多肽鏈稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。肽鏈在空間卷曲折疊成為特定的三維空間結(jié)構(gòu)，包括二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)二個主要層次。有的蛋白質(zhì)由多條肽鏈組成，每條肽鏈稱為亞基，亞基之間又有特定的空間關(guān)系，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。所以蛋白質(zhì)分子有非常特定的復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定二級結(jié)構(gòu)，二級結(jié)構(gòu)決定三級結(jié)構(gòu)。第一百四十八頁，共196頁。2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念超二級結(jié)構(gòu)（supersecondarystructure）超二級結(jié)構(gòu)是介于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間的空間結(jié)構(gòu)，指相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，排列形成規(guī)則的、在空間結(jié)構(gòu)上能夠辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體，并充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。第一百四十九頁，共196頁。2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念模體或指紋（motif，fingerprint）屬于蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)范疇，由兩個或兩個以上具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮專一的功能。第一百五十頁，共196頁。2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念結(jié)構(gòu)域（domain）結(jié)構(gòu)域是在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的三級結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)。其特點(diǎn)是在三維空間可以明顯區(qū)分或相對獨(dú)立，并且具有特定的生物學(xué)功能如結(jié)合小分子。模體（motif）可以看作是結(jié)構(gòu)域的亞單位。一個domain可包括一個或幾個motif。蛋白質(zhì)家族（family）具有一個或多個相同結(jié)構(gòu)域的一組同源蛋白質(zhì)稱為一個蛋白質(zhì)家族。第一百五十一頁，共196頁。3、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中重要的組成“部件”，是研究蛋白質(zhì)氨基酸序列和三級結(jié)構(gòu)之間的橋梁。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測對于蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的預(yù)測具有十分重要的意義。第一百五十二頁，共196頁。3、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要有螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等。通過對已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，人們發(fā)現(xiàn)不同的氨基酸并不是平均地分布在各種二級結(jié)構(gòu)類型中，也就是說不同的氨基酸形成不同的二級結(jié)構(gòu)類型的傾向性不同。根據(jù)這個規(guī)律我們可以由氨基酸序列來預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。也可以通過多序列比對來預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。第一百五十三頁，共196頁。第一百五十四頁，共196頁。3、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測可利用綜合性序列分析軟件（如DNAMAN）或ExPASy上的SOPMA來預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。第一百五十五頁，共196頁。載入上述93aa的家蠅defensin氨基酸序列第一百五十六頁，共196頁。使用一種DSC算法預(yù)測準(zhǔn)確率為68.58％第一百五十七頁，共196頁。第一百五十八頁，共196頁。第一百五十九頁，共196頁。Secondarystructureprediction第一百六十頁，共196頁。SOPMA第一百六十一頁，共196頁。第一百六十二頁，共196頁。第一百六十三頁，共196頁。第一百六十四頁，共196頁。4、蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測尋找某種蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)該查詢蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（如PDB），即查詢是否已經(jīng)有人做過該蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)測定。PDB

中只存儲至今人們已知其三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，數(shù)量占生物體中存在的各種蛋白質(zhì)的很小部分。由于資金和技術(shù)等方面的問題，人們尚不知道許多蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)。對于這些蛋白質(zhì)，可以通過結(jié)構(gòu)預(yù)測來獲得其三級結(jié)構(gòu)。第一百六十五頁，共196頁。4、蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測如果已經(jīng)擁有蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)序列，無論是由蛋白質(zhì)測序儀直接測定得到氨基酸序列，或是由基因序列通過遺傳密碼翻譯推測得到氨基酸序列，都可以利用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件（在線服務(wù)）對該蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測。盡管預(yù)測本身有一定風(fēng)險，但總比一無所知要好得多。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，每種預(yù)測方法都是根據(jù)特定的規(guī)則進(jìn)行合理的預(yù)測，具有一定的可信度。第一百六十六頁，共196頁。4、蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測目前預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法可分為三大類同源建?！繕?biāo)序列與模板序列比較，按照模板序列的空間結(jié)構(gòu)，經(jīng)過優(yōu)化，產(chǎn)生目標(biāo)序列三維結(jié)構(gòu)；

折疊識別或穿針引線——預(yù)測二級結(jié)構(gòu)，預(yù)測折疊方式，參考其它蛋白的空間結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生目標(biāo)序列三維結(jié)構(gòu)；

從無到有——單個氨基酸形成二級結(jié)構(gòu)的傾向，加上各種作用力力場信息，直接產(chǎn)生目標(biāo)序列三維結(jié)構(gòu)。第一百六十七頁，共196頁。