(完整word版)圆二色谱法测蛋白二级结构
圆二色谱法分析多肽二级结构
圆二色谱是一种特殊的吸收谱，它通过测量蛋白质等生物大分子的圆二色光谱，从而得到生物大分子的二级结构，简单、快捷，广泛应用在蛋白质折叠，蛋白质构象研究，酶动力学等领域。
圆二色谱紫外区段（190-240nm），主要生色团是肽链，这一波长范围的CD谱包含了生物大分子主链构象的信息。α-螺旋构象的CD 谱在222nm、208nm处呈负峰，在190nm附近有一正峰。β-折叠构象的CD谱，在217-218nm处有一负峰，在195-198nm处有一强的正峰。无规则卷曲构象的CD谱在198nm附近有一负峰，在220nm附近有一小而宽的正峰。
蛋白浓度与使用的光径厚度和测量区域有一定关系，对于测量远紫外区德氨基酸残基微环境的蛋白而言，浓度范围在0.1~1.0mg/ml，则光径可选择在0.1~0.2cm之间，溶液体积则在200~500ul。而测量近紫外区的蛋白质三级结构，所需浓度要至少比远紫外区的浓10倍方能检测到有效信号，且一般光径的选择均在0.2~1.0cm，相应的体积也需增加至1~2mL
缓冲液可选50~100mmol trs-HCl、PBS等，尽量除去EDTA。
远紫外
近紫外
二硫键一般都是不对称的，它在圆二色性光谱上，于195-200nm和250-260处有谱峰
色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸残基的侧链其谱峰在230-310nm之间，色氨酸残基侧链的谱峰一般集中在290- 310nm之间，但有时也会向短波长方向移动从而与酪氨酸残基侧链的谱峰重叠
在250-260nm之间，苯环的谱峰又与二流键的谱峰重叠
溶液度吸收的影响
蛋白质的二级结构
蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构和空间结构，空间结构又称为构象。空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结蛋白质的二级结构 构型：指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。如单糖的α-、β-构型，氨基酸的D-、L-构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。 构象：指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级(Secondary)结构是指多肽链的主链本身在空间的排列、或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用力。 主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角、自由回转。 二面角的概念 蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离(A) 1.3 蛋白质的结构 （1）肽链空间构象的基本结构单位为肽平面或肽单位。 肽平面是指肽链中从一个Cα原子到另一个Cα原子之间的结构，共包含6个原子（Cα、C、O、N、H、 Cα），它们在空间共处于同一个平面。 （2）肽键上的原子呈反式构型 C=O与N-H p204 （3）肽键C-N键长0.132nm,比一般的C-N单键(0.147nm)短，比C=N双键(0.128nm)要长，具有部分双键的性质，不能旋转。 （二）蛋白质的构象 蛋白质多肽链空间折叠的限制因素：Pauling和Corey在利用X-射线衍射技术研究多肽链结构时发现： 1.肽键具有部分双键性质： 2.肽键不能自由旋转 3.组成肽键的四个原子和与之相连的两个α碳原子（Cα）都处于同一个平面内，此刚性结构的平 面叫肽平面（peptide plane）或酰胺平面（amide plane）。 4.二面角所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中，非键合原子之间的接近有无阻碍。 1.α-螺旋及结构特点p207 螺旋的结构通常用“S N”来表示，S表示螺旋每旋转一圈所含的残基数，N表示形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包含的原子数。又称为3.613螺旋，Φ= -57。，Ψ= -47。结构要点： 1.多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含 3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 2.肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每个氨基酸残基的C=O氧与其后第四个氨基酸残基的N-H氢 形成氢键。 3.蛋白质中的α-螺旋几乎都是右手螺旋。 无规卷曲或自由回转（nonregular coil） p212 了解 指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。 酶的功能部位常包含此构象，灵活易变。 纤维状蛋白 (了解) 纤维状蛋白质(fibrous protein)广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外表保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。 这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比(长轴／短轴)大于10(小于10的为球状蛋白质)。分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构是它们的氨基酸顺序的规则性反映。 纤维状蛋白质的类型(了解) 纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可溶性两类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等； 后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管(microtubule)和肌动蛋白细丝(actin filament)，它们是球状蛋白质的长向聚集体(aggregate)。 角蛋白 Keratin(了解) 角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是α-角蛋白。 α-角蛋白主要由α-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手α-螺旋肽链形成一个原纤维（向左缠绕），原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性 例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。 α-角蛋白的伸缩性能很好，当α-角蛋白被过度拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时α-角蛋白转变成β-折叠结构，称为β-角蛋白。 毛发的结构(了解)
蛋白质结构预测在线软件
蛋白质预测在线分析常用软件推荐 蛋白质预测分析网址集锦 物理性质预测： Compute PI/MW http://expaxy.hcuge.ch/ch2d/pi-tool.html Peptidemasshttp://expaxy.hcuge.ch/sprot/peptide-mass.html TGREASE ftp://https://www.360docs.net/doc/1a3776030.html,/pub/fasta/ SAPS http://ulrec3.unil.ch/software/SAPS_form.html 基于组成的蛋白质识别预测 AACompIdent http://expaxy.hcuge.ch ... htmlAACompSim http://expaxy.hcuge.ch/ch2d/aacsim.html PROPSEARCH http://www.e mbl-heidelberg.de/prs.html 二级结构和折叠类预测 nnpredict https://www.360docs.net/doc/1a3776030.html,/~nomi/nnpredict Predictprotein http://www.embl-heidel ... protein/SOPMA http://www.ibcp.fr/predict.html SSPRED http://www.embl-heidel ... prd_info.html 特殊结构或结构预测 COILS http://ulrec3.unil.ch/ ... ILS_form.html MacStripe https://www.360docs.net/doc/1a3776030.html,/ ... acstripe.html 与核酸序列一样，蛋白质序列的检索往往是进行相关分析的第一步，由于数据库和网络技校术的发展，蛋白序列的检索是十分方便，将蛋白质序列数据库下载到本地检索和通过国际互联网进行检索均是可行的。 由NCBI检索蛋白质序列 可联网到：“http://www.ncbi.nlm.ni ... gi?db=protein”进行检索。 利用SRS系统从EMBL检索蛋白质序列 联网到：https://www.360docs.net/doc/1a3776030.html,/”，可利用EMBL的SRS系统进行蛋白质序列的检索。 通过EMAIL进行序列检索 当网络不是很畅通时或并不急于得到较多数量的蛋白质序列时，可采用EMAIL方式进行序列检索。 蛋白质基本性质分析 蛋白质序列的基本性质分析是蛋白质序列分析的基本方面，一般包括蛋白质的氨基酸组成，分子质量，等电点，亲水性，和疏水性、信号肽，跨膜区及结构功能域的分析等到。蛋白质的很多功能特征可直接由分析其序列而获得。例如，疏水性图谱可通知来预测跨膜螺旋。同时，也有很多短片段被细胞用来将目的蛋白质向特定细胞器进行转移的靶标（其中最典型的
蛋白质二级结构
蛋白质二级结构（secondary structure） 二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主要有α－螺旋、β－折叠、β－转角等几种形式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。 α－螺旋(α－helix)是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构元件.在α螺旋中，每个螺旋周期包含 3.6 个氨基酸残基，残基侧链伸向外侧,同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键。这种氢键大致与螺旋轴平行。一条多肽链呈α-螺旋构象的推动力就是所有肽键上的酰胺氢和羰基氧之间形成的链内氢键。在水环境中，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部(α-螺旋内)的氢键，也能与水分子形成氢键。如果后者发生，多肽链呈现类似变性蛋白质那样的伸展构象。疏水环境对于氢键的形成没有影响，因此，更可能促进α-螺旋结构的形成。 四种不同的α－螺旋 β－折叠(β－sheet)也是一种重复性的结构,可分为平行式和反平行式两种类型，它们是通过肽链间或肽段间的氢键维系。可以把它们想象为由折叠的条状纸片侧向并排而成,每条纸片可看成是一条肽链, 称为β折叠股或β股(β－strand),肽主链沿纸条形成锯齿状,处于最伸展的构象,氢键主要在股间而不是股内。α－碳原子位于折叠线上,由于其四面体性质,连续的酰氨平面排列成折叠形式。需要注意的是在折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平面,并交替的从平面上下二侧伸出。平行折叠片比反平行折叠片更规则且一般是大结构而反平行折叠片可以少到仅由两个β股组成。
在平行（A）和反平行（B）β－折叠片中氢键的排列 反向β－折叠
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蛋白质分子自然构象和二级结构的计算分析及预测
蛋白质分子自然构象和二级结构的计算分析及预测本文是关于蛋白质分子的模拟计算,由两部分组成:一是计算蛋白质分子自然构象;一是蛋白质二级结构预测。对第一部分,提出了基于王朝更替策略的遗传算法来搜索蛋白质分子的自然构象。 二维toy模型是一种简化的蛋白质折叠的模型。随着环境的变化,一个王朝不能经久不衰,受这个的启发提出了王朝更替策略。 这个方法解决可能的早熟问题。为了测试这个方法,计算了蛋白质1AGT和1AHO,得到能量最小值分别为-20.8296、-21.0853,而这在文献中得到的最好结果是-19.6169和-15.1911,我们的值比文献中的值低了6-38%。 因此相信对应我们的最小自由能的构象是自然构象。在本文的第二部分,提出了基于氨基酸短序列的统计方法,用于预测蛋白质二级结构。 这是对基于单个氨基酸的传统统计方法的延伸。本文进行了大量的计算以确定最优短序列长度的选取,发现用3、4、5、6个氨基酸的短序列最好。 对于测试蛋白质组126 protein set、396 protein set、2180 protein set,得到的Q3二级结构预测准确度分别为89.9%、88.8%、89.2%,SOV准确度分别为84.3%、82.4%、84.1%。然后我们分析了新的蛋白质组153 protein set,这组蛋白质在PDB数据库中的发布日期晚于2007-11-15。 对这组新的蛋白质,本文计算结果的准确度Q3=73.7%、SOV=68.2%,好于常用的GORⅣ、GORⅤ、JPred这3个预测方法的平均结果Q3=69.7%、sov=66.9%。从计算结果看来所提出的短序列统计方法是一个很有希望的蛋白质二级结构预测方法。 随着已知蛋白质结构数据量的增加,这个方法的效果会更好。
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蛋白质结构预测网址 物理性质预测： Compute PI/MW Peptidemass TGREASE SAPS 基于组成的蛋白质识别预测 AACompIdent PROPSEARCH 二级结构和折叠类预测 nnpredict Predictprotein SSPRED 特殊结构或结构预测 COILS MacStripe 与核酸序列一样，蛋白质序列的检索往往是进行相关分析的第一步，由于数据库和网络技校术的发展，蛋白序列的检索是十分方便，将蛋白质序列数据库下载到本地检索和通过国际互联网进行检索均是可行的。 由NCBI检索蛋白质序列 可联网到：“”进行检索。 利用SRS系统从EMBL检索蛋白质序列 联网到：”，可利用EMBL的SRS系统进行蛋白质序列的检索。 通过EMAIL进行序列检索 当网络不是很畅通时或并不急于得到较多数量的蛋白质序列时，可采用EMAIL方式进行序列检索。 蛋白质基本性质分析 蛋白质序列的基本性质分析是蛋白质序列分析的基本方面，一般包括蛋白质的氨基酸组成，分子质量，等电点，亲水性，和疏水性、信号肽，跨膜区及结构功能域的分析等到。蛋白质的很多功能特征可直接由分析其序列而获得。例如，疏水性图谱可通知来预测跨膜螺旋。同时，也有很多短片段被细胞用来将目的蛋白质向特定细胞器进行转移的靶标（其中最典型的例子是在羧基端含有KDEL序列特征的蛋白质将被引向内质网。WEB中有很多此类资源用于帮助预测蛋白质的功能。 疏水性分析 位于ExPASy的ProtScale程序（）可被用来计算蛋白质的疏水性图谱。该网站充许用户计算蛋白质的50余种不同属性，并为每一种氨基酸输出相应的分值。输入的数据可为蛋白质序列或SWISSPROT数据库的序列接受号。需要调整的只是计算窗口的大小（n）该参数用于估计每种氨基酸残基的平均显示尺度。 进行蛋白质的亲/疏水性分析时，也可用一些windows下的软件如， bioedit,dnamana等。 跨膜区分析 有多种预测跨膜螺旋的方法，最简单的是直接，观察以20个氨基酸为单位的疏水性氨基酸残基的分布区域，但同时还有多种更加复杂的、精确的算法能够预测跨膜螺旋的具体位置和它们的膜向性。这些技术主要是基于对已知跨膜螺旋的研究而得到的。自然存在的跨膜螺旋Tmbase 数据库，可通过匿名FTP获得()，参见表一
蛋白质结构预测方法综述
蛋白质结构预测方法综述 卜东波陈翔王志勇 《计算机不能做什么？》是一本好书，其中文版序言也堪称佳构。在这篇十余页的短文中，马希文教授总结了使用计算机解决实际问题的三步曲，即首先进行形式化，将领域相关的实际问题抽象转化成一个数学问题；然后分析问题的可计算性；最后进行算法设计，分析算法的时间和空间复杂度，寻找最优算法。 蛋白质空间结构预测是很有生物学意义的问题，迄今亦有很多的工作。有意思的是，其中一些典型工作恰恰是上述三步曲的绝好示例，本文即沿着这一路线作一总结，介绍于后。 1 背景知识 生物细胞种有许多蛋白质（由20余种氨基酸所形成的长链），这些大分子对于完成生物功能是至关重要的。蛋白质的空间结构往往决定了其功能，因此，如何揭示蛋白质的结构是非常重要的工作。 生物学界常常将蛋白质的结构分为4个层次：一级结构，也就是组成蛋白质的氨基酸序列；二级结构，即骨架原子间的相互作用形成的局部结构，比如alpha螺旋,beta片层和loop区等；三级结构，即二级结构在更大范围内的堆积形成的空间结构；四级结构主要描述不同亚基之间的相互作用。 经过多年努力，结构测定的实验方法得到了很好的发展，比较常用的有核磁共振和X光晶体衍射两种。然而由于实验测定比较耗时和昂贵，对于某些不易结晶的蛋白质来说不适用。相比之下，测定蛋白质氨基酸序列则比较容易。因此如果能够从一级序列推断出空间结构则是非常有意义的工作。这也就是下面的蛋白质折叠问题： 1蛋白质折叠问题（Protein Folding Problem） 输入: 蛋白质的氨基酸序列
输出: 蛋白质的空间结构 蛋白质结构预测的可行性是有坚实依据的。因为一般而言，蛋白质的空间结构是由其一级结构确定的。生化实验表明：如果在体外无任何其他物质存在的条件下，使得蛋白质去折叠，然后复性，蛋白质将立刻重新折叠回原来的空间结构，整个过程在不到1秒种内即可完成。因此有理由认为对于大部分蛋白质而言，其空间结构信息已经完全蕴涵于氨基酸序列中。从物理学的角度讲，系统的稳定状态通常是能量最小的状态，这也是蛋白质预测工作的理论基础。 2 蛋白质结构预测方法 蛋白质结构预测的方法可以分为三种： 同源性（Homology ）方法：这类方法的理论依据是如果两个蛋白质的序列比较相似，则其结构也有很大可能比较相似。有工作表明，如果序列相似性高于75％，则可以使用这种方法进行粗略的预测。这类方法的优点是准确度高，缺点是只能处理和模板库中蛋白质序列相似性较高的情况。 从头计算（Ab initio ） 方法：这类方法的依据是热力学理论，即求蛋白质能量最小的状态。生物学家和物理学家等认为从原理上讲这是影响蛋白质结构的本质因素。然而由于巨大的计算量，这种方法并不实用，目前只能计算几个氨基酸形成的结构。IBM 开发的Blue Gene 超级计算机，就是要解决这个问题。 穿线法(Threading )方法：由于Ab Initio 方法目前只有理论上的意义，Homology 方法受限于待求蛋白质必需和已知模板库中某个蛋白质有较高的序列相似性，对于其他大部分蛋白质来说，有必要寻求新的方法。Threading 就此应运而生。 以上三种方法中，Ab Initio 方法不依赖于已知结构，其余两种则需要已知结构的协助。通常将蛋白质序列和其真实三级结构组织成模板库，待预测三级结构的蛋白质序列，则称之为查询序列(query sequence)。 3 蛋白质结构预测的Threading 方法 Threading 方法有三个代表性的工作：Eisenburg 基于环境串的工作、Xu Ying 的Prospetor 和Xu Jinbo 、Li Ming 的RAPTOR 。 Threading 的方法：首先取出一条模版和查询序列作序列比对(Alignment)，并将模版蛋白质与查询序列匹配上的残基的空间坐标赋给查询序列上相应的残基。比对的过程是在我们设计的一个能量函数指导下进行的。根据比对结果和得到的查询序列的空间坐标，通过我们设计的能量函数，得到一个能量值。将这个操作应用到所有的模版上，取能量值最低的那条模版产生的查询序列的空间坐标为我们的预测结果。 需要指出的是，此处的能量函数却不再是热力学意义上的能量函数。它实质上是概率的负对数，即 ，我们用统计意义上的能量来代替真实的分子能量，这两者有大致相同的形式。 p E log ?=如果沿着马希文教授的观点看上述工作 ，则更有意思：Eisenburg 指出如果仅仅停留在简单地使用每个原子的空间坐标(x,y,z)来形式化表示蛋白质空间结构，则难以进一步深入研究。Eisenburg 创造性地使用环境串表示结构，从而将结构预测问题转化成序列串和环境串之间的比对问题；其后，Xu Ying 作了进一步发展，将蛋白质序列表示成一系列核（core ）组成的序列，Core 和Core 之间存在相互作用。因此结构就表示成Core 的空间坐标，以及Core 之间的相互作用。在这种表示方法的基础上，Xu Ying 开发了一种求最优匹配的动态规划算法，得到了很好的结果。但是由于其较高的复杂度，在Prospetor2上不得不作了一些简化；Xu Jinbo 和Li Ming 很漂亮地解决了这个问题，将求最优匹配的过程表示成一个整数规划问题，并且证明了一些常用
(完整版)蛋白质四级结构及其检测方法
论述一、二、三、四级蛋白质结构及其检测方法？ 蛋白质定义：由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 一、蛋白质一级结构： （一）定义：蛋白质的一级结构又称为共价结构或化学结构，它是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。氨基酸残基主要通过肽键连接，有些蛋白质中含有二硫键。 （二）检测方法： 二硝基氟苯（DNFB）法、丹磺酰氯法、氨肽酶法、C-末端氨基酸测定（肼解法、还原法、羧肽酶法） 二、蛋白质二级结构： （一）定义：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要的化学键为氢键。 （二）检测方法： 构象的研究方法：X射线衍射法、核磁共振光谱法、圆二色谱CD、紫外-可见差光谱、荧光探针法、激光拉曼光谱法、红外光谱法、关联规则与遗传算法。 三、蛋白质三级结构： （一）定义：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。主要的化学键：疏水键、离子键、二硫键、氢键和配位键稳定维系三级结构的作用。 （二）检测方法： 同源建模（比较建模SWISS-MODEL）法、穿针引线方法（折叠识别方法）、从头预测法、最速下降法、牛顿法、共轭梯度法、遗传算法、分解-结合法、离散化方法、分子动力学法、混合预测方法、粒子群优化算法(PSO)。 四、蛋白质四级结构： （一）定义：有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基。蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。 （二）检测方法： 线性降维法：Swiss-Prot数据库中抽取数据集进行四级结构预测。 Quat-PRE方法：综合运用mRMR方法和SVM的wrapper方法进行四级结构预测。 最近邻居算法：从蛋白质一级序列出发，利用蛋白质序列氨基酸组成、二肽组成以及混合组成方法对蛋白质单聚体、二聚体、三聚体、四聚体、五聚体、六聚体和八聚体进行分类研究。
蛋白质的二级结构主要有哪些类型
1.蛋白质的二级结构主要有哪些类型，其特点如何？ 答：α-右手螺旋，β-折叠，无规卷曲，U型回折（β-转角） <1>α-右手螺旋 α-螺旋为右手螺旋，每一圈含有3.6个aa残基（或肽平面），每一圈高5.4?，即每一个aa 残基上升1.5?，旋转了100度，直径为5 ?，2个二面角（ф,ψ）＝（-570，-480）。维持α-右手螺旋的力量是螺旋内氢键，它产生于一个肽平面的C=O与相邻一圈的在空间上邻近的另一个肽平面的N-H之间，它的方向平行于螺旋轴，每个氢键串起的长度为3.6个肽平面或3.6个aa残基，被氢键串起来的这个环上含有13个原子，故α-右手螺旋也被称为 3.613螺旋。Pro破坏α-螺旋。 <2>β-折叠 肽链在空间的走向为锯齿折叠状，二面角（ф,ψ）＝（-119℃，+113℃）。维持β-折叠的力量是折叠间的氢键，它产生于一个肽平面的C=O与相邻肽链的在空间上邻近的另一个肽平面的N-H之间，两条肽链上的肽平面互相平行，有平行式和反平行式两种， <3>U型回折：也叫β-转角，肽链在某处回折1800所形成的结构。这个结构包括的长度为 4个aa残基，其中的第三个为Gly，稳定该结构的力量是第一和第四个aa残基之间形成的氢键。 <4>无规卷曲：无固定的走向，但也不是任意变动的，它的2个二面角（ф,ψ）有个变化 范围。论 述 04 蛋 白 质 简述蛋白质一级结构的分析方法。 第一步：前期准备，第二步：肽链的端点测定，第三步：每条肽链aa顺序的测定，第四步：二硫键位置的确定。 <1>第一步：前期准备 分离纯化蛋白质：纯度要达到97％以上。 蛋白质分子量的测定：用于判断分子的大小，估计肽链的数目，有渗透压法、凝胶电泳法（聚丙烯酰胺、SDS）、凝胶过滤法、超离心法等 aa组成的测定：用于最后核对，氨基酸自动分析仪。 肽链拆分：非共价键的如氢键、离子键、疏水键、范德华力4种，可用尿素或盐酸胍等有机溶液来拆分。共价键的仅二硫键1种，可用巯基乙醇、碘代乙酸、过甲酸来拆分。 <2>第二步：肽链的端点测定 N端测定：Sanger法，DNFB→DNP-肽→水解→乙醚萃取→层析鉴定。 Edman法，PITC→PTC-肽→PTH-aa→层析鉴定。 C端测定：肼解法。 <3>第三步：每条肽链aa顺序的测定 事先要将蛋白质打断成多肽甚至寡肽，再上机分析，而且要2套以上，便于以后拼接。 常用的工具酶和特异性试剂有： 胰蛋白酶：－（Arg、Lys）↓－。产物为C端Arg、Lys的肽链。 糜蛋白酶：表示为－（Trp、Tyr、Phe）↓－。 CNBr：－Met↓－。 <4>第四步：二硫键位置的确定 包括链内和链间二硫键的位置，用对角线电泳来测，这项工作在AA序测定完毕后进行。在肽链未拆分的情况下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫键连着的多肽产物。先进行第一向电泳，将产物分开。再用巯基乙醇处理，将二硫键打断。最后进行第二向电泳，条件与第一向电泳完全相同。选取偏离对角线的样品（多肽或寡肽），它们就是含二硫键的片段，上机测aa顺序，根据已测出的蛋白质的aa顺序，把这些片段进行定位，就能找到二硫键的位置。
蛋白质结构预测
实习 5 ：蛋白质结构预测 学号20090***** 姓名****** 专业年级生命生技**** 实验时间2012.6.21 提交报告时间2012.6.21 实验目的： 1.学会使用GOR和HNN方法预测蛋白质二级结构 2.学会使用SWISS-MODEL进行蛋白质高级结构预测 实验内容： 1.分别用GOR和HNN方法预测蛋白质序列的二级结构，并对比异同性。 2.利用SWISS-MODEL进行蛋白质的三级结构预测，并对预测结果进行解释。 作业： 1. 搜索一条你感兴趣的蛋白质序列，分别用GOR和HNN进行二级结构预测，解释预测结果，分析两个方法结果有何异同。 答：所选用蛋白质序列为>>gi|390408302|gb|AFL70986.1| gag protein, partial [Human immunodeficiency virus] （1）GOR预测结果： 图1 图1是每个氨基酸在序列中所处的状态，可以看出序列的二级结构预测结果为： 1到9位个氨基酸为无规卷曲，10到33位氨基酸为α螺旋,34到37位为β折叠，38到45位为无规卷曲，46到49位为α螺旋，50到53位为无规卷曲，54到65为α螺旋，66到72位为无规卷曲，73到95位为α螺旋，96到101位为无规卷曲，102到108为β折叠，109到115位为无规卷曲，117位为β折叠。 图2 图2为各种结构在序列中所占的比例，其中Alpha helix占53.85%，Extended strand占11.11%，Random coil占35.04%，无他二级结构。
图3 图3为各个氨基酸在序列中的状态以及二级结构在全序列中二级结构分布情况。 （2）HNN预测： 图4 图4是每个氨基酸在序列中所处的状态，可以看出序列的二级结构预测结果为： 1到6位个氨基酸为无规卷曲，7到34位氨基酸为α螺旋,35到37位为β折叠，38位为α螺旋，39到44位为无规卷曲，45到49位为α螺旋，50到55位为无规卷曲，56到65为α螺旋，66到71位为无规卷曲，72到83位为α螺旋，84到86位为无规卷曲，87到95位为α螺旋，96到102为无规卷曲，103到108位为β折叠，108到117位为无规卷曲。 图5 图5为各种结构在序列中所占的比例，其中Alpha helix占55.56%，Extended strand占7.69%，Random coil占36.75%，无他二级结构。
蛋白质结构预测在线软件
蛋白质结构预测在线软 件 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
蛋白质预测分析网址集锦？ 物理性质预测：？ Compute PI/MW？ ？ SAPS？ 基于组成的蛋白质识别预测？ AACompIdentPROPSEARCH？ 二级结构和折叠类预测？ nnpredict？ Predictprotein？ SSPRED？ 特殊结构或结构预测？ COILS？ MacStripe？ 与核酸序列一样，蛋白质序列的检索往往是进行相关分析的第一步，由于数据库和网络技校术的发展，蛋白序列的检索是十分方便，将蛋白质序列数据库下载到本地检索和通过国际互联网进行检索均是可行的。？ 由NCBI检索蛋白质序列？ 可联网到：“”进行检索。？ 利用SRS系统从EMBL检索蛋白质序列？ 联网到：”，可利用EMBL的SRS系统进行蛋白质序列的检索。？ 通过EMAIL进行序列检索？
当网络不是很畅通时或并不急于得到较多数量的蛋白质序列时，可采用EMAIL方式进行序列检索。？ 蛋白质基本性质分析？ 蛋白质序列的基本性质分析是蛋白质序列分析的基本方面，一般包括蛋白质的氨基酸组成，分子质量，等电点，亲水性，和疏水性、信号肽，跨膜区及结构功能域的分析等到。蛋白质的很多功能特征可直接由分析其序列而获得。例如，疏水性图谱可通知来预测跨膜螺旋。同时，也有很多短片段被细胞用来将目的蛋白质向特定细胞器进行转移的靶标（其中最典型的例子是在羧基端含有KDEL序列特征的蛋白质将被引向内质网。WEB中有很多此类资源用于帮助预测蛋白质的功能。？ 疏水性分析？ 位于ExPASy的ProtScale程序（）可被用来计算蛋白质的疏水性图谱。该网站充许用户计算蛋白质的50余种不同属性，并为每一种氨基酸输出相应的分值。输入的数据可为蛋白质序列或SWISSPROT数据库的序列接受号。需要调整的只是计算窗口的大小（n）该参数用于估计每种氨基酸残基的平均显示尺度。？ 进行蛋白质的亲/疏水性分析时，也可用一些windows下的软件如， bioedit,dnamana等。？ 跨膜区分析？ 有多种预测跨膜螺旋的方法，最简单的是直接，观察以20个氨基酸为单位的疏水性氨基酸残基的分布区域，但同时还有多种更加复杂的、精确的算法能够预测跨膜螺旋的具体位置和它们的膜向性。这些技术主要是基于对已知跨膜螺旋的研究而得到的。自然存在的跨膜螺旋Tmbase 数据库，可通过匿名FTP获得(，参见表一？ 资源名称网址说明？
蛋白质二级结构指定和功能分析
蛋白质二级结构指定和功能分析 蛋白质二级结构是指蛋白质骨架结构中有规律重复的构象。由蛋白质原子坐标正确地指定蛋白质二级结构是分析蛋白质结构与功能的基础,二级结构的指定对于蛋白质分类、蛋白质功能模体的发现以及理解蛋白质折叠机制有着重要的作用。 并且蛋白质二级结构信息广泛应用到蛋白质分子可视化、蛋白质比对以及蛋白质结构预测中。而目前蛋白质二级结构指定方法的一致性较差,因此,蛋白质二级结构指定仍然是结构生物信息学中一个比较活跃的课题。 目前有超过20种蛋白质二级结构指定方法,这些方法大体可以分为两大类:基于氢键和基于几何,不同方法指定结果之间的差异较大。对于蛋白质中最重要的二级结构之一的螺旋而言,这种差异可能是来源于已有的方法指定螺旋时并没有严格地遵循螺旋的几何特征:它们或者使用不能准确计算的氢键能量,或者使用没有准确范围的残基骨架二面角,或者使用的几何特征(如Cα原子之间距离与夹角)不足以定义一条完整的螺旋曲线。 DSSP(Define Secondary Structure of Proteins)是蛋白质二级结构指定领域比较公认的标准,DSSP是基于氢键的指定方法,它利用静电能量代替氢键能量并且通过近似计算得到氢原子坐标。蛋白质内部疏水环境的介电常数和蛋白质表面的介电常数差异很大,DSSP并没有考虑残基所处的环境而将介电常数作为一个定值,另外由于氢键模式会有交叉重叠(与多个残基形成氢键),因此DSSP会指定出一些在几何上明显异常与不规则的二级结构。 STRIDE(STRuctural IDEntification)可以看做是DSSP的改进,STRIDE统计了螺旋和片层残基骨架二面角在拉氏图上的分布,在指定时将具有异常骨架二面
第二章蛋白质的结构与功能
第二章蛋白质的结构与功能 一.教学基本要求 在熟记蛋白质生理功能的基础上，论述蛋白质是生命活动的物质基础。 熟记蛋白质元素组成特点；多肽链的基本组成单位一—L—α氨基酸；20种氨基酸缩写符号、结构式及主要特点。 准确描述肽键、多肽链、蛋白质一级结构、高级结构概念。 结合实例论述蛋白质结构与功能的关系。 熟记蛋白质重要的理化性质及有关的基本概念,并列举蛋白质性质与医学的关系；结合蛋白质的性质，列举蛋白质分离纯化及测定方法。 知道多肽链氨基酸序列分析方法及关键试剂名称。 二．教材内容精要 (一)蛋白质的生物学功能 蛋白质是一切生命活动重要的物质基础，是构成生物体各种组织的主要有机成分。人体中蛋白质含量丰富,约占固体成分的45％。蛋白质具有多种多样的生物学功能:催化生物体内代谢反应的酶大多是蛋白质；调节代谢反应的某些激素是蛋白质;免疫球蛋白对机体具有防御保护功能；转运蛋白可在不同组织间载运代谢物；结构蛋白对生物体起支持和保护作用，还有运动蛋白、储存蛋白、甜味蛋白、抗冻蛋白等。 (二）蛋白质的分子组成 1.蛋白质的元素组成 组成蛋白质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。各种蛋白质的含氮量很接近,平均为１6％。这与样品中蛋白质含量的测定有关。 2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸 L-α氨基酸是蛋白质的基本组成单位，常见者有２０种。按其侧链(R)的结构和理化性质可分为4类:①非极性、疏水氨基酸(非极性R基氨基酸）;②极性、中性氨基酸(不带电荷的极性R氨基酸);③酸性氨基酸；④碱性氨基酸。所有氨基酸都含有氨基（－ＮH2）能与质子（H＋）结合而呈阳离子(-NH3＋）;又含有羧基（-COOH)能与羟基（-ＯH）结合失去质子而变成阴离子（-CＯO-)，所以它是一种两性电解质，具有两性游离的特性。在某一ｐＨ环境中，氨基酸游离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，成为氨基酸的兼性离子。兼性离子所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点(PI)。氨基酸的PI是由α－COOＨ、α－NH2解离常数的负对数pK1和pK2决定的。若一个氨基酸侧链R基团可以解离，则pK R应予以考虑。具体每一种氨基酸pＩ的计算公式可分为三种情况: (1)为非极性基团或虽为极性基团但并非游离的氨基酸,ＰＩ＝1/2(pＫ1+ pK2）。Ｔｙr 的酚-OＨ基具有弱酸性,但解离程度很小，故其ｐＩ按此情况计算。 (2)酸性氨基酸（谷、天冬），pI＝1/２（pK1+ ｐＫＲ)。半胧氨酸（Cys)不属酸性氨基酸但其一SH具有弱酸性,在pH7．０时,Cys的-SH大约解离8％，故其PI按酸性氨基酸计算。 (3）碱性氨基酸（赖、精、组)，PI＝1/２ (pＫ2+ pＫR)。各种氨基酸的解离常数通过实验测得。 色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在２80 nｍ波长附近具有最大吸收峰，大多数蛋白质中又含有这些氨基酸，故在２８0 nm测定蛋白质溶液的光吸收值,是定量测定溶液中蛋白质含量的一种最迅速简便的方法。利用氨基酸与茚三酮的颜色反应，也可定量测定。 蛋白质的分子组成与蛋白质的结构、功能、序列分析、合成、测定、分离纯化以及蛋白质的分子设计等都关系密切,因而氨基酸这部分内容既是下一步学习的基础,也是今后从事相关工作的基础。20种氨基酸的中、英文名字及中、英文缩写都应记忆，可结合氨基酸的
蛋白质一级结构的测定方法
蛋白质一级结构的测定 1.测定蛋白质分子中多肽链的数目：N-末端和C-末端残基的摩尔数和蛋白质的相对分子质量 2.拆分蛋白质分子的多肽链 非共价相互作用缔合的寡聚蛋白：用变性剂尿素盐酸胍 共价二硫桥：氧化剂或还原剂 3.断开多肽链内的二硫桥 过甲酸氧化法常用试剂过甲酸 巯基化合物还原法：过量的巯基乙醇处理，ph8-9室温，系统中放尿素和盐酸胍，烷基化试剂保护常用试剂β巯基乙醇，巯基乙酸 4.分析每一多肽链的氨基酸组成：完全水解 酸水解：常用hcl,水解后除去 碱水解：用于测定色氨酸含量。很多氨基酸遭到破坏，色氨酸定量回收。 5.鉴定多肽链的N-末端和C-末端 N-末端分析： ①二硝基氟苯DNFB ②丹磺酰氯DNS：强烈荧光，灵敏度高 ③苯异硫氰酸酯PITC:多肽或蛋白质的末端氨基和氨基酸的α氨基一样与PITC反应生成PTC-多肽，在酸性有机溶剂中加热，N-末端的PTC-氨基酸发生环化 ④氨肽酶：肽链外切酶/外肽酶，从多肽链的N-末端逐个向里切。常用亮氨酸氨肽酶（水解以Leu为N-末端的肽链速度为最大） C-末端分析： ①肼解法：蛋白质多肽与无水肼加热发生肼解。反应中除C-末端氨基酸以游离形式存在外，其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。肼解中，Gln,Asn,Cys被破坏不易测出，C末端的Arg转变成鸟氨酸 ②还原法：硼氢化锂还原成α-氨基醇 ③羧肽酶法：肽链外切酶，专一地从肽链C末端逐个降解。羧肽酶A能释放除Pro,Arg和Lys之外的所有C-末端残基的肽键，B只能释放精氨酸和赖氨酸，AB的混合物能释放除Pro 外任一C末端残基的肽键。Y可以作用于任何一个C末端残基 6.裂解多肽链成较小的片段：用几种不同的断裂方法将每条多肽样品降解成几套 ①酶裂解法：肽链内切酶。胰蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，胃蛋白酶 胰蛋白酶只断裂赖氨酸或精氨酸残基的羧基参与形成的肽键 胰凝乳蛋白酶能断裂赖氨酸、酪氨酸、甘氨酸残基的羧基参与形成的肽键 ②化学裂解法：测定相对分子质量大的蛋白质序列。溴化氰：断裂由Met残基的羧基参加形成的肽键羟胺断裂肽段的分离纯化 7.测定各肽段的氨基酸序列 Edman化学降解法：PITC与多肽链的游离氨基作用，测定任何非封闭的多肽蛋白质序列仪酶降解法：利用外肽酶（氨肽酶和羧肽酶）逐个向里切 质谱法，气质联用法 根据核苷酸序列的推定法 8.重建完整多肽链的一级结构 9.确定半胱氨酸残基之间形成的S-S交联桥的位置 采用胃蛋白酶水解原来的含二硫桥的蛋白质，所得的肽段混合物用对角线电泳进行分离，用茚三酮反应鉴定
第二章蛋白质的结构与功能
第二章蛋白质的结构与功能 一．教学基本要求 在熟记蛋白质生理功能的基础上，论述蛋白质是生命活动的物质基础。 熟记蛋白质元素组成特点；多肽链的基本组成单位一—L—α氨基酸；20种氨基酸缩写符号、结构式及主要特点。 准确描述肽键、多肽链、蛋白质一级结构、高级结构概念。 结合实例论述蛋白质结构与功能的关系。 熟记蛋白质重要的理化性质及有关的基本概念，并列举蛋白质性质与医学的关系；结合蛋白质的性质，列举蛋白质分离纯化及测定方法。 知道多肽链氨基酸序列分析方法及关键试剂名称。 二．教材内容精要 （一）蛋白质的生物学功能 蛋白质是一切生命活动重要的物质基础，是构成生物体各种组织的主要有机成分。人体中蛋白质含量丰富，约占固体成分的45%。蛋白质具有多种多样的生物学功能：催化生物体内代谢反应的酶大多是蛋白质；调节代谢反应的某些激素是蛋白质；免疫球蛋白对机体具有防御保护功能；转运蛋白可在不同组织间载运代谢物；结构蛋白对生物体起支持和保护作用，还有运动蛋白、储存蛋白、甜味蛋白、抗冻蛋白等。 （二）蛋白质的分子组成 1.蛋白质的元素组成 组成蛋白质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。这与样品中蛋白质含量的测定有关。 2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸 L-α氨基酸是蛋白质的基本组成单位，常见者有20种。按其侧链（R）的结构和理化性质可分为4类：①非极性、疏水氨基酸（非极性R基氨基酸）；②极性、中性氨基酸（不带电荷的极性R氨基酸）；③酸性氨基酸；④碱性氨基酸。所有氨基酸都含有氨基（-NH2）能与质子（H+）结合而呈阳离子（-NH3+）；又含有羧基（-COOH）能与羟基（-OH）结合失去质子而变成阴离子（-COO-），所以它是一种两性电解质，具有两性游离的特性。在某一pH环境中，氨基酸游离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，成为氨基酸的兼性离子。兼性离子所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点（PI）。氨基酸的PI是由α-COOH、α-NH2解离常数的负对数pK1和pK2决定的。若一个氨基酸侧链R基团可以解离，则pK R应予以考虑。具体每一种氨基酸pI的计算公式可分为三种情况： (1)为非极性基团或虽为极性基团但并非游离的氨基酸,PI＝1/2(pK1+ pK2）。Tyr的酚-OH 基具有弱酸性，但解离程度很小，故其pI按此情况计算。 (2)酸性氨基酸（谷、天冬），pI=1/2（pK1+ pK R）。半胧氨酸（Cys）不属酸性氨基酸但其一SH具有弱酸性，在pH7．0时，Cys的-SH大约解离8％，故其PI按酸性氨基酸计算。 (3)碱性氨基酸（赖、精、组），PI=1/2 (pK2+ pK R)。各种氨基酸的解离常数通过实验测得。 色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在280 nm波长附近具有最大吸收峰，大多数蛋白质中又含有这些氨基酸，故在280 nm测定蛋白质溶液的光吸收值，是定量测定溶液中蛋白质含量的一种最迅速简便的方法。利用氨基酸与茚三酮的颜色反应，也可定量测定。 蛋白质的分子组成与蛋白质的结构、功能、序列分析、合成、测定、分离纯化以及蛋白质的分子设计等都关系密切，因而氨基酸这部分内容既是下一步学习的基础，也是今后从事
蛋白质一级结构的测定方法
蛋白质一级结构的测定方法 研究蛋白质的一级结构从确定组成蛋白质的单元结构氨基酸算起，已有150年的悠久历史，直到1955年，Sanger首次阐明胰岛素的氨基酸排列顺序，为研究蛋白质的一级结构开辟了道路, 这在分子生物学的发展进程中是一个重要突破。目前关于核酸的一级结构研究，由于Sanger等发明了加减法，可以得到了突飞猛进的发展。对此之下，关于蛋白质的一级结构研究进展不如核酸迅速。但随着Edman液相自动顺序分析仪和固相顺序分析仪以及气相色谱、质谱等方法的相继出现，结构分析的速度也显著加快，至今已完成近千种蛋白质的一级结构分析。目前不仅样品用量减少，而且工作人员也大大减少。当年Sanger分析胰岛素用了整整十年的时间，今天运用自动化仪器，分析一个分子量在10万左右的蛋白质只需要几天，可见新技术的应用和发展对科学发展起的促进作用，蛋白质一级结构测定方法的综述及专著文献较多，这里只扼要加以概述。 蛋白质分子的一级结构测定，概括起来包含多肽链的分离、降解、肽段的分离和顺序分析以及－S－S－定位等。 1.多肽链的分离 在测定一个蛋白质的结构以前，首先必须保证被测蛋白质的纯度，使结果准确可靠。其次要了解它的分子量和亚基数，按照其亚基数将蛋白质分成几个多肽链。 1)肽链的拆开 蛋白质分子多肽链的连接有共价结合和非共价结合两种。要拆开以共价结合的-S-S-连接的多肽链，必须采用的化学处理方法常有： ①过甲酸氧化 用氧化剂过甲酸断裂-S-S-。这个反应一般在0℃下进行2小时左右，两个S就全部能转变成磺酸基，这样被氧化的半胱氨酸称为磺基丙氨酸。 如果蛋白质分子中同时存在半胱胺酸，那么也会被氧化成磺基丙氨酸。此外甲硫氨酸和色氨酸也可被氧化，从而增加分析的复杂性。 ②巯基乙醇还原 利用还原剂巯基乙醇亦可使蛋白质的-S-S-断裂。当高浓度的巯基乙醇在pH8?条件下室温保温几小时后，可以使-S-S-定量还原为桽H。与此同时反应系统中还需要有8摩尔脲或6摩尔盐酸胍使蛋白质变性，多肽链松散成为无规则的构型，此时还原剂就可作用于-S-S-。此反应是可逆的，因此要使反应完全，疏基乙醇的浓度必需在0.1-0.5摩尔。 ③Cleland试剂的还原作用 Cleland′s指出二硫赤苏糖醇(dithioerythriotol)及二硫苏糖醇(dithiothriotol)在氧化还原能力上是比较强的试剂，只要0.01摩尔就能使蛋白质的-S-S-还原，反应基本与疏基乙醇相似，且在许多球蛋白反应中，可以不用变性剂。 Cleland试剂首先与蛋白质-S-S-形成中间物，反应终了，还原剂被氧化形成一个稳定的六环化合物，蛋白质则被还原。 还原蛋白不稳定，SH基极易氧化重新生成-S-S-键。稳定SH基的方法有： (A)烷基化试剂使SH基转变为稳定的硫醚衍生物。