3.蛋白质三维结构
蛋白质结构预测在线软件
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蛋白质结构分析原理及工具-文献综述
蛋白质结构分析原理及工具 （南京农业大学生命科学学院生命基地111班） 摘要：本文主要从相似性检测、一级结构、二级结构、三维结构、跨膜域等方面从原理到方法再到工具，系统地介绍了蛋白质结构分析的常用方法。文章侧重于工具的列举，并没有对原理和方法做详细的介绍。文章还列举了蛋白质分析中常用的数据库。 关键词：蛋白质；结构预测；跨膜域；保守结构域 1 蛋白质相似性检测 蛋白质数据库。由一个物种分化而来的不同序列倾向于有相似的结构和功能。物种分化后形成的同源序列称直系同源，它们通常具有相似的功能；由基因复制而来的序列称为旁系同源，它们通常有不同的功能[1]。因此，推测全新蛋白质功能的第一步是将它的序列与进化上相关的已知结构和功能的蛋白质序列比较。表一列出了常用的蛋白质序列数据库和它们的特点。 表一常用蛋白质数据库 网址可能有更新 氨基酸替代模型。进化过程中，一种氨基酸残基会有向另一种氨基酸残基变化的倾向。氨基酸替代模型可用来估计氨基酸替换的速率。目前常用的替代模型有Point Accepted Mutation (PAM)矩阵、BLOck SUbstitution Matrix (BLOSUM)矩阵[2]、JTT模型[3]。 序列相似性搜索工具。序列相似性搜索又分为成对序列相似性搜索和多序列相似性搜索。成对序列相似性搜索通过搜索序列数据库从而找到与查询序列相似的序列。分为局部联配和全局联配。常用的局部联配工具有BLAST和SSEARCH，它们使用了Smith-Waterman 算法。全局联配工具有FASTA和GGSEARCH，基于Needleman-Wunsch算法。多序列相似性搜索常用于构建系统发育树，这里不阐述。表二列举了常用的成对序列相似性比对搜索工具
SWISS-MODEL_蛋白质结构预测教程
SWISS-MODEL 蛋白质结构预测 SWISS-MODEL是一项预测蛋白质三级结构的服务，它利用同源建模的方法实现对一段未知序列的三级结构的预测。该服务创建于1993年,开创了自动建模的先河,并且它是讫今为止应用最广泛的免费服务之一。 同源建模法预测蛋白质三级结构一般由四步完成： 1. 从待测蛋白质序列出发，搜索蛋白质结构数据库（如PDB,SWISS-PROT等），得到许多相似序列 （同源序列），选定其中一个（或几个）作为待测蛋白质序列的模板； 2. 待测蛋白质序列与选定的模板进行再次比对，插入各种可能的空位使两者的保守位置尽量对齐； 3. 建模：调整待测蛋白序列中主链各个原子的位置，产生与模板相同或相似的空间结构——待测蛋白 质空间结构模型； 4. 利用能量最小化原理，使待测蛋白质侧链基团处于能量最小的位置。 最后提供给用户的是经过如上四步（或重复其中某几步）后得到的蛋白质三级结构。 SWISS-MODEL工作模式 SWISS-MODEL服务器是以用户输入信息的最小化为目的设计的，即在最简单的情况下，用户仅提供一条目标蛋白的氨基酸序列。由于比较建模程序可以具有不同的复杂性，用户输入一些额外信息对建模程序的运行有时是有必要的，比如，选择不同的模板或者调整目标模板序列比对。该服务主要有以下三种方式: ?First Approach mode(简捷模式）：这种模式提供一个简捷的用户介面：用户只需要输入一条氨基酸序列，服务器就会自动选择合适的模板。或者，用户也可以自己指定模板（最多5条），这些模板可以来自ExPDB 模板数据库（也可以是用户选择的含坐标参数的模板文件）。如果一条模板与提交的目标序列相似度大于25%，建模程序就会自动开始运行。但是，模板的可靠性会随着模板与目标序列之间的相似度的降低而降低，如果相似度不到50%往往就需要用手工来调整序列比对。这种模式只能进行大于25个残基的单链蛋白三维结构预测。 ?Alignment Interface（比对界面）：这种模式要求用户提供两条已经比对好的序列，并指定哪一条是目标序列，哪一条是模板序列（模板序列应该对应于ExPDB模板数据库中一条已经知道其空间结构的蛋白序列）。服务器会依据用户提供的信息进行建模预测。 ?Project mode(工程模式）：手工操作建模过程：该模式需要用户首先构建一个DeepView工程文件，这个工程文件包括模板的结构信息和目标序列与模板序列间的比对信息。这种模式让用户可以控制许多参数，例如：模板的选择，比对中的缺口位置等。此外，这个模式也可以用于“first approach mode简捷模式”输出结果的进一步加工完善。 此外，SWISS-MODEL还具有其他两种内容上的模式： ?Oligomer modeling(寡聚蛋白建模):对于具有四级结构的目标蛋白,SWISS-MODEL提供多聚模板的模式，用于多单体的蛋白质建模。这一模式弥补了简捷模式中只能提交单个目标序列,不能同时预测两条及以上目标序列的蛋白三维结构的不足。 ?GPCR mode(G蛋白偶联受体模式)：是专门对7次跨膜G蛋白偶联受体的结构预测。
【清华】3蛋白质的三维结构习题昶公版
蛋白质的三维结构习题 2004010310 丁昶环41 5 8 22？ 24 28 1. 含有685个氨基酸残基的单一一条多肽链的蛋白质的近似相对分子质量是多少？ 答：128*685-684*18=75368 2. 氨基酸的定量分析表明牛血清白蛋白含有0.58％的色氨酸（色氨酸的相对分子质量为204）。 （a）试计算牛血清白蛋白的最小分子量（假设每个蛋白分子只含有一个色氨酸残基）； （b）凝胶过滤测得的牛血清白蛋白的相对分子质量为70 000，试问血清白蛋白分子含有几个色氨酸残基？ 答：（a）最小分子量为204/0.0058=35172。 （b）70000/35172=2，所以有两个色氨酸残基。 3. 胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等电点约为1，远比其他蛋白质低。试问等电点如此低的胃蛋白酶必须存在大量的什么样的官能团？什么样的氨基酸才能提供这样的基团？ 答：存在大量的羧基。谷氨酸和天冬氨酸能提供这样的基团。 4. 组蛋白是真核细胞的核蛋白，它们与具有很多磷酸基团的脱氧核苷酸紧密结合在一起，组蛋白的等电点非常高，约为10.8，试问组蛋白含有大量的什么样的氨基酸？这些氨基酸残基靠什么方法使得组蛋白与DNA紧密结合？ 答：含有大量的含碱性基团的氨基酸。可能有以下原因：1、这些氨基酸的碱性基团与脱氧核苷酸的磷酸基团形成酯键，使得二者紧密结合。2、碱性基团和磷酸基团带不同电荷，之间的离子相互作用时二者紧密结合。 5画出三肽谷胱甘肽的化学结构式，其肽健形成中有什么特点？谷胱甘肽的还原型与氧化型之间有什么区别？ 答： 甘氨酸的γ羧基与半胱氨酸的α氨基形成肽键，而不是用α羧基。 两个还原型谷胱甘肽的巯基脱氢缩合成二硫键形成一个氧化型的谷胱甘肽。 6. 已知某蛋白是由一定数量的链内二硫键连接的两个多肽链组成的。1.00g该蛋白样品可以与25.0mg还原型谷胱甘肽（GSH，相对分子质量MW＝307）反应。 （a）该蛋白的最小相对分子质量是多少？ （b）如果该蛋白的真实相对分子质量为98 240，那么每个分子中含有几个二硫键？ （c）多少毫克的巯基乙醇（MW＝78.0）可以与起始的1.00g该蛋白完全反应？
蛋白三维结构
S TRUCTURE:T OOLS&P REDICTION Zhu Hongwei, Cao Zhongzan, Ma Wenge, Zheng Aijuan
LOGO Brief Introduction 蛋白质三维结构的可视化工具 Swiss PDBViewer RasMol Cn3D 蛋白质三维结构预测 蛋白质结构解析(X-Ray,NMR) homology modeling:SWISS-MODEL Threading 结构预测相关程序及数据库
LOGO Protein 3D Visualized Tools ?Swiss PDBViewer 特点：界面友好、可同时分析几个PDB文件、可叠加起来分析结构类似性… 可与Swiss-Model服务器连接，从软件直接连到Swiss-Model服务器进行理论蛋白立体结构构建。
LOGO Swiss PDBViewer Swiss PDBViewer的主要功能 1、分析蛋白特别是具有催化作用的酶的活化位点、抗原决定 簇位点、蛋白的金属结合位点及蛋白间的相互作用位点； 2、创建一个loop； 3、通过应用non-crystallographic symmetries工具从只含有一 个蛋白单体的pdb文件构建一个对称的聚合体； 4、构建晶胞图形； 5、构建电子密度图形；
6、分析一个人为突变或认为重建一个loop后可进行最小能 量优化； 7、将肽段或残基与电子云图谱进行匹配； 8、可以通过Swiss PDBViewer的“SwissModel”进行蛋白质 三维结构建模； 9、查看Phi/Psi数据； 10、超级移动（即类似于fit的叠合）。
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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? 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
蛋白质三维结构预测和结果分析
蛋白质三维结构预测和结果分析 姓名________ 学号______________ 组号_____日期________年___月___日 1.结构预测基本概念 1)参阅王吉龙2007文章，简述蛋白质三维空间结构同源模建的基本原理和步骤。 2)参阅文献(Kelley et al., 2015)，说明利用Phyre2进行蛋白质结构预测的原理、方法和 结果分析。 2.癌胚抗原CEAM5_HUMAN结构预测和分析实例 1)搜索网络信息资源，简述癌胚抗原（Carcinoembryonic antigen, CEA）的研究和应 用背景。查看UniProt/Swiss-Prot数据库中人癌胚抗原CEAM5_HUMAN序列注释 信息和相关链接，说明该蛋白质分子的序列特征、功能、组织特异表达。 2)从PDB数据库中下载癌胚抗原CEAM5_HUMAN分子N端结构域二聚体晶体结构 2QSQ，选取A链并保存为2QSQ_A；从PDB数据库中下载免疫球蛋白抗体分子 高可变结构域1REI，选取A链并保存为1REI_A；比较1REI_A和2QSQ_A折叠 方式和二级结构，比较它们疏水内核的相同和差异。 3)根据文献（Bates et al, 1992）图1序列比对，找出2QSQ中与1REI_A中2个半胱 氨酸和1个色氨酸对应的3个残基，以此为基础进行结构叠合，计算均方根误差。 4)查看2QSQ_A分子表面与抗体结合区域三个回环，说明如何利用结构模拟信息为 下一步实验提供参考信息。 3.癌胚抗原CEA21_HUMAN结构预测和分析实例 1)检索UniProt/Swiss-Prot数据库，找出不同亚型CEA序列条目，根据注释信息，参阅 CEA专门网站（http://www.carcinoembryonic-antigen.de/），比较不同亚型CEA结构 域分布特征。 2)浏览UniProt数据库中收录的CEA21_HUMAN注释信息，找出其中恒定结构域。 3)利用Phyre2蛋白质结构预测网站，预测CEA21_HUMAN恒定结构域三维结构。 4)利用Investigator工具，对预测结果进行深入分析，比较不同位点的保守性和突变敏 感性，并与蛋白质预测网站PredictProtein所得结果进行比较。 4.课题相关蛋白质结构预测 1)以本人研究课题相关蛋白质或该蛋白质在其它物种中的同源蛋白为例，利用 Swiss-PDBViewer进行分析。 2)选取本人研究课题相关蛋白质或其中的某个结构域，以Phyre2网站进行结构预测， 并利用Investigator工具，对预测结果进行深入分析，比较不同位点的保守性和突变 敏感性。 参考文献 1.王吉龙，《癌胚抗原CEA三维空间结构同源模建》，2007， (hyttp://https://www.360docs.net/doc/1514576561.html,/reference/wang-jilong-cea.pdf). 2.Bates PA, Luo J, Sternberg MJ. A predicted three-dimensional structure for the
蛋白质结构解析研究进展作业
《蛋白质结构解析研究进展》 一、蛋白质结构分类 人类对于进化的认识及蛋白质结构相似性比较的研究使蛋白质结构分类成为可能，而且近年来取得的研究进展表明，大部分蛋白质可以成功的分入到适当数目的家族中。目前国际上流行的蛋白质结构分类数据库基本上采取两种不同的思路，一种是数据库中储存所有结构两两比较的结果；第二种思路是致力于构建非常正式的分类体系。由于所有分类方法反映了各研究小组在探究这个重要领域的不同角度，所以这些方法是同等有效的。目前，被广泛应用的四种分类标准是：手工构造的层次分类数据库SCOP，全自动分类的MMDB和FSSP，和半手工半自动的CATH。 蛋白质结构自动分类问题可以被纳入机器学习的范畴，通过提取分析蛋白质结构的关键特征，构造算法来学习蕴含于大量已知结构和分类的数据中的专家经验知识，来实现对未知蛋白质结构的分类预测。目前，对蛋白质结构的不同层次分类，结果比较好的机器学习方法是：神经网络多层感知器、支持向量机和隐马尔可夫模型。支持向量机应用于分类问题最终归结于求解一个最优化问题。上世纪90 年代中期，隐马尔可夫模型与其他机器学习技术结合，高效地用于多重比对、数据挖掘和分类、结构分析和模式发现。多层感知器即误差反向传播神经网络，它是在各种人工神经网络模型中，在机器学习中应用最多且最成功的采用BP学习算法的分类器。 二、蛋白质结构的确定 蛋白质三维空间结构测定方法主要包括X射线晶体学分析、核磁共振波谱学技术和三维电镜重构，这三种方法都可以完整独立地在原子分辨水平上测定出蛋白质的三维空间结构。蛋白质数据库PDB中80%的蛋白质结构是由X射线衍射分析得到的，约15%的蛋白质结构是由核磁共振波谱学这种新的结构测定方法得到。 1、X射线晶体学
蛋白质结构预测网址
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
蛋白质三级结构预测(swiss-model同源建模)
利用同源建模预测蛋白质的三级结构 首先声明一下，以下纯属个人观点，方法步骤仅供参考，不可作为规范标准，结果出来之后请自行分析结果。 我用的是SWISS-MODEL同源建模的方法进行的蛋白质高级结构预测，其实这个方法是有限制条件的，不过作为一个选修课作业，我们不用深入探究，所以有时不够严谨，大家知道就行！ 对于一个未知结构的蛋白质， 白质建立结构模型。 那么，我们首先要做的就是找到和我们 空格和“—”的氨基酸序列，例如：【字母大小写没有影响】vlqdsigyirilsmmdpvvdefdrayqqvkdfpdlmvdvrengggnsgngkkiceylihkpqphcvspdweiiprkd）同源的、相似度最高的、已知三级结构的蛋白质作为模版。 打开SWISS-MODEL网站：https://www.360docs.net/doc/1514576561.html,/，选择“Template Identification，提交蛋白质序列进行模板识别，如图所示，注意：邮箱必填，名称随便填写，序列粘贴过去就行，下面会有很多选项，建议不知道的不要乱动，直接提交（Sbumit）吧。 这个东东跟BLAST差不多，你等它自动刷新吧，它会返回结果的，在结果页面，你会看到跟BLAST差不多的结果，选择相似度最高的那个蛋白作为下一步的三维模版（一般是第一个蛋白就是），如图：大家看红线标出的部分（是我标的），那个就是我们要找的模版，大家也可以在结果页面的下面仔细看看，找到最匹配的蛋白。
这里还有一点要作说明，就是上图标出的代码是PDB编号，前四个表示PDB- Code，最后一位表示Chain-ID，具体什么意思，大家有兴趣就去了解一些吧。 接下来，去NCBI串串门吧，在NCBI中搜索上面查到的蛋白的PDB号，一般输入前四位就行啦，注意：搜索蛋白库（Protein）。找到以后，以FASTA格式显示。 接下来，我们再回到SWISS-MODEL，接下来就是重点和难点啦，在线提交序列进行同源建模分析，这个在线提交不是大家想象的那么容易，这个耗费了我 大部分的时间，说到这里我就想画个圈圈诅咒它，大家注意啦~~~~~~~~~~~ SWISS-MODEL 是一个自动化的蛋白质比较建模服务器，该服务器提供用户三种模式可选择： Automatic mode（简捷模式）: 用于建模的氨基酸序列或是Swiss-Prot/TrEMBL (https://www.360docs.net/doc/1514576561.html,/sprot )编目号（accession）可以直接通过web界面提交。服务器会完全自动地为目标序列建立模型。 用户可以选择指定模板结构，模板可以来自由PDB数据库（https://www.360docs.net/doc/1514576561.html, ）抽取得到的内建模板库，也可以上传PDB格式的坐标文件。 Alignment mode（联配模式）: 这个模式需要多序列联配的结果，序列中至少包括目标序列和模板（最多可输入5条序列）。服务器会基于比对结果建模。 与模板的联配结果。这个结果也要上传到服务器。这种方式提供对建模过程中细
第四章 蛋白质三维结构-习题
第四章蛋白质的三维结构 一、选择题 ⒈维持蛋白质二级结构的主要化学键是：（） A、盐键； B、疏水键； C、二硫键； D、氢键； E、范德华力 ⒉蛋白质的构象特征主要取决于：（） A、氨基酸的组成、顺序和数目； B、氢键、盐键、范德华力和疏水作用； C、温度、离子强度 和pH等环境条件；D、肽链间及肽链内的二硫键；E、各氨基酸之间的肽链 ⒊在一个肽平面中含有的原子数为：（） A、4； B、5； C、6； D、7； E、8 ⒋具有四级结构的蛋白质的特征是：（） A、分子中必定含有辅基； B、含有两条或两条以上的多肽链； C、每条多肽链都具有独立的生 物学活性；D、依靠肽链维持结构的稳定性；E、以上都不是 ⒌下列有关α-螺旋的叙述哪个是错误的？ A、分子内的氢键使α-螺旋稳定； B、减弱R基团间不利的相互作用使α螺旋稳定； C、疏水作 用使α螺旋中断；D、在某些蛋白质中，α螺旋是二级结构中的一种类型；E、脯氨酸和甘氨酸残基使α螺旋中断 ⒍下列有关β折叠的叙述哪个是错误的？（） A、球状蛋白质中无β折叠的结构； B、β折叠靠链间氢键而稳定； C、它的氢键是肽链的C=O 和N-H间形成的；D、α-角蛋白可以通过加热处理而转变成β折叠的结构；E、β-折叠有平行的β折叠和反平行的β折叠 ⒎具有四级结构的蛋白质特征是：（） A、分子中必定含有辅基； B、含有两条或两条以上的肽链； C、每条多肽链都具有独立的生物 学活性；D、依靠肽链维持结构的稳定性；E、以上都不是 ⒏具有四级结构的蛋白质是：（） A、胰岛素； B、核糖核酸酶； C、血红蛋白； D、肌红蛋白； E、胰凝乳蛋白 ⒐在四级结构的蛋白质分子中，每个具有三级结构的多肽链是：（） A、辅基； B、辅酶； C、亚基； D、寡聚体； E、肽单位 ⒑关于蛋白质亚基的描述，其中正确的是：（） A、一条多肽链卷曲成螺旋结构； B、两条以上多肽链卷曲成二级结构； C、两条以上多肽链与 辅基与辅基结合成蛋白质；D、每个亚基都有各自的三级结构；E、以上都是正确 ⒒胶原蛋白组成中出现的不寻常氨基酸是（） A、乙酰氨基酸； B、羟基氨基酸； C、甲基氨基酸； D、D赖氨酸 ⒓一种非常稳定的小分子量蛋白质的化学结构中，经常是（） A、含有大量的二硫键； B、含有丰富的甘氨酸； C、有较多络合金属离子； D、含有疏水氨基酸⒔形成稳定的肽链空间结构，一个重要原因是肽键中的四个原子以及和它相临的两个α碳原子处于（） A、不断绕动状态； B、可以相对自由旋转； C、同一平面； D、随不同外界环境而变化的状态⒕在寡聚蛋白质中，亚基间的立体排布、相互作用以及接触部位间的空间结构称之为（）
蛋白质三维结构预测
第四节蛋白质三维结构预测 1、同源模型化方法 同源模型化方法是蛋白质三维结构预测的主要方法（Blundell 1987）。对蛋白质数据库PDB分析可以得到这样的结论：任何一对蛋白质，如果两者的序列等同部分超过30%（对于排列长度大于80），则它们具有相似的三维结构，即两个蛋白质的基本折叠相同，只是在非螺旋和非折叠区域的一些细节部分有所不同。蛋白质的结构比蛋白质的序列更保守，如果两个蛋白质的氨基酸残基序列有50%相同，那么约有90%的 碳原子的位置偏差不超过3 ?。这是同源模型化方法在结构预测方面成功的保证。同源模型化方法的主要思想是：对于一个未知结构的蛋白质，首先通过同源分析找到一个已知结构的同源蛋白质，然后，以该蛋白质的结构为模板，为未知结构的蛋白质建立结构模型。这里的前提是必须要有一个已知结构的同源蛋白质。这个工作可以通过搜索蛋白质结构数据库来完成，如搜索PDB。同源模型化方法是目前一种比较成功的蛋白质三维结构预测方法。从上述方法介绍也可以看出，因为预测新结构是借助于已知结构的模板而进行的，选择不同的同源的蛋白质，则可能得到不同的模板，因此最终得到的预测结果并不唯一。 假设待预测三维结构的目标蛋白质为U（Unknown），利用同源模型化方法建立结构模型的过程包括下述6个步骤： （1）搜索结构模型的模板(T)。同源模型化方法假设两个同源的蛋白质具有相同的骨架。为待预测的蛋白质建立模型时，首先按照同源蛋白质的结构建立模板T。所谓模板是一个 已知结构的蛋白质，该蛋白质的与目标蛋白质U的序列非常相似。如果找不到这样的模 板，则无法运用同源模型法。 （2）序列比对。将目标蛋白质U的序列与模板蛋白质序列进行比对，使U的氨基酸残基与模板蛋白质的残基匹配。比对中允许插入和删除操作。 （3）建立骨架。将模板结构的坐标拷贝到目标U，仅拷贝匹配残基的坐标。在一般情况下，通过这一步建立目标蛋白质U的骨架。 （4）构建目标蛋白质的侧链。可以将模板相同残基的坐标直接作为目标蛋白质的残基坐标，但是对于不完全匹配的残基，其侧链构象是不同的，需要进一步预测。侧链坐标的预测 通常采用已知结构的经验数据，如ROTAMERS 数据库(Janin et al., 1978; Ponder and Richards, 1987)。ROTAMERS含有所有已知结构蛋白质中的侧链取向,按下述过程来使用 ROTAMER：从数据库中提取ROTAMER分布信息，取一定长度的氨基酸片段（对于螺旋和 折叠取7个残基，其它取5个残基）；在U的骨架上平移等长的片段，从ROTAMER库中 找出那些中心氨基酸与平移片段中心相同的片段，并且两者的局部骨架要求尽可能相 同，在此基础上从数据库中取局部结构数据。 （5）构建目标蛋白质的环区。在第2步的序列比对中，可能加入空位，这些区域常常对应于二级结构元素之间的环区，对于环区需要另外建立模型。一般也是采用经验性方法，从 已知结构的蛋白质中寻找相应的环区，拷贝其结构数据。如果找不到相应的环区，则需 要用其它方法(Collura et al., 1993)。 （6）优化模型。通过上述过程为目标蛋白质U建立了一个初步的结构模型，在这个模型中可能存在一些不相容的空间坐标，因此需要进行改进和优化，如利用分子力学、分子动力 学、模拟退火等方法进行结构优化。 对于具有60%等同的序列，用上述方法所建立的三维模型非常准确。若序列的等同部分超过60%，则预测结果将接近于实验得到的测试结果。一般如果序列的等同部分大于30%，则可以期望得到比较好的预测结果。当然，这种计算方法要占用大量的计算时间，主要是由于第4步的数据库搜索过程耗时较多。 如果序列的等同部分小于30%或更少，那么预测结果的准确性如何呢？随着U和T的相似度降低，比对这两个蛋白质序列所需插入的环（LOOPS）增多。为环区建立精确的三维模型意味着解决结构预测的问题。有许多具体的方法可用于为环区建立三维模型，其中最好的方法在一些情况下能够得到环区正确的取向。为环区建立三维模型的一种方法是分子动力学模拟。由于环区一般来说相对比较短，可以用分子动力学方法来模拟，但在动态模拟过程所需要的计算时间随着多肽链的残基数指数增长。 然而，即使序列等同部分下降到25%-30%，同源模型化方法也能产生出未知结构蛋白质整体折叠的粗糙模型。对于这样初始模型可以进行优化。常常用分子动力学技术进行优化，以提高精度。通
生物化学-生化知识点_蛋白质的三维结构
§1.8 蛋白质的三维结构 P197 第5章 蛋白质三维结构由氨基酸序列决定，且符合热力学能量最低要求，与溶剂和环境有关。①主链基团之间形成氢键。② 暴露在溶剂中（水）的疏水基团最少。③多肽链与环境水（必须水）形成氢键。 一一一研究蛋白质构象的方法 （1）X- 射线衍射法：是目前最明确揭示蛋白质大多数原子空间位置的方法，为研究蛋白质三维结构最主要的方法。 步骤为：蛋白质分离、提纯→单晶培养→晶体学初步鉴定→衍生数据收集→结晶解析→结构精修→结构表达。 （2）其他方法：NMR、紫外差光谱、荧光和荧光偏振、圆二色性、二维结晶三维重构。 一一一稳定蛋白质三维结构的作用力 一1一弱相互作用（或称非共价键，或次级键） 1. 氢键 2. 疏水作用（熵效应） 3. 范德华力 4. 离子键（盐键） 一2一共价二硫键 一一一酰胺平面和二面角 P 205 图5-11 一1一酰胺平面（肽平面）：肽键上的四个原子和相连的Cα1和Cα2所在的平面。 一2一两面角：每个氨基酸有三个键参与多肽主链，一个肽键具有双键性质不易旋转，另两个键一个为Cα1与羰基形成的单键，可自由旋转，角度 称为ψ，另一个为NH与Cα2形成的单键也可自由旋转，角度称为φ，ψ和 φ称为二面角或构象角，原则上可取- 1800~+1800之间任意值（实际受立体化学和热力学因素所限制），肽链 构象可用两面角ψ和φ来描述，由ψ和φ值可确定多肽主链构象。（四）二级结构 P207 多肽链折叠的规则方式，是能量平衡和熵效应的结果。主链折叠由氢键维持（主要），疏水基团在分子内，亲水基团在分子表面。 常见的二级结构元件：α-螺旋，β-折叠片，β-转角和无规卷曲。 一1一α-helix：蛋白质含量最丰富的二级结构。 肽链主链围绕中心轴盘绕成螺旋状紧密卷曲的棒状结构，称为α-螺旋。 1.两面角ψ和φ分别在-570和- 470附近（φ：从Cα向N看，顺时针旋转为正，逆时针为负；ψ：从Cα向羰基看 ，顺时针为正，逆时针为负。） 2.每圈螺旋含约 3.6个氨基酸残基，由H键封闭的环中原子数为13，此种α- 螺旋又称3.613-螺旋，每周螺距为0.54nm，R基均在螺旋外侧，P208 图5- 14。 3.α-螺旋本身是一个偶极矩，N-末端带部分正电荷，C- 末端积累部分负电荷；α-
蛋白质的三维结构
4. 蛋白质的三维结构P197 第5章 蛋白质三维结构由氨基酸序列决定，且符合热力学能量最低要求，与溶剂和环境有关。①主链基团之间形成氢键。②暴露在溶剂中（水）的疏水基团最少。 ③多肽链与环境水（必须水）形成氢键。 （一）研究蛋白质构象的方法 （1）X-射线衍射法：是目前最明确揭示蛋白质大多数原子空间位置的方法，为研究蛋白质三维结构最主要的方法。 步骤为：蛋白质分离、提纯→单晶培养→晶体学初步鉴定→衍生数据收集→结晶解析→结构精修→结构表达。 （2）其他方法：NMR、紫外差光谱、荧光和荧光偏振、圆二色性、二维结晶三维重构。 （二）稳定蛋白质三维结构的作用力 （1）弱相互作用（或称非共价键，或次级键） 1. 氢键 2. 疏水作用（熵效应） 3. 范德华力 4. 离子键（盐键） （2）共价二硫键 （三）酰胺平面和二面角P 205 图5-11 （1）酰胺平面（肽平面）：肽键上的四个原子和相连的C α1和C α2 所在的平 面。 （2）两面角：每个氨基酸有三个键参与多肽主链，一个肽键具有双键性质不易旋转，另两个键一个为C α1 与羰基形成的单键，可自由旋转，角 度称为ψ，另一个为NH与C α2 形成的单键也可自由旋转，角度称为φ，ψ和φ称为二面角或构象角，原则上可取-1800~+1800之间任意 值（实际受立体化学和热力学因素所限制），肽链构象可用两面角ψ 和φ来描述，由ψ和φ值可确定多肽主链构象。 （四）二级结构 P207 多肽链折叠的规则方式，是能量平衡和熵效应的结果。主链折叠由氢键维持（主要），疏水基团在分子内，亲水基团在分子表面。 常见的二级结构元件：α-螺旋，β-折叠片，β-转角和无规卷曲。（1）α-helix：蛋白质含量最丰富的二级结构。 肽链主链围绕中心轴盘绕成螺旋状紧密卷曲的棒状结构，称为α-螺旋。 1.两面角ψ和φ分别在-570和-470附近（φ：从Cα向N看，顺时针旋转 为正，逆时针为负；ψ：从C α向羰基看，顺时针为正，逆时针为负。） 2.每圈螺旋含约 3.6个氨基酸残基，由H键封闭的环中原子数为13，此 种α-螺旋又称3.613-螺旋，每周螺距为0.54nm，R基均在螺旋外侧，P208 图5-14。 3.α-螺旋本身是一个偶极矩，N-末端带部分正电荷，C-末端积累部分负 电荷；α-螺旋几乎都是右手螺旋而有手性，并有旋光性，可用圆二色性 （CD）光谱研究。 4.影响α-螺旋形成的因素：R基小且不带电荷，易形成α-螺旋。 如Poly Lys在PH7时，R基带正电荷，静电排斥，不易形成α-螺旋，但若PH=12，消除R基正电荷可形成α-螺旋。 Poly Ile由于R基大，虽不带电也不易形成。 Pro由于无酰胺H，不能形成链内氢键，所以当Pro和羟脯氨酸存
第六章 蛋白质三维结构-习题
第六章蛋白质的三维结构 一、选择题 ⒈维持蛋白质二级结构的主要化学键是：（） A、盐键； B、疏水键； C、二硫键； D、氢键； E、范德华力 ⒉蛋白质的构象特征主要取决于：（）A、氨基酸的组成、顺序和数目；B、氢键、盐键、范德 华力和疏水作用；C、温度、离子强度和pH 等环境条件；D、肽链间及肽链内的二硫键；E、各氨基酸之间的肽链 ⒊在一个肽平面中含有的原子数为：（） A、4； B、5； C、6； D、7； E、8 ⒋具有四级结构的蛋白质的特征是：（）A、分子中必定含有辅基；B、含有两条或两条以上的 多肽链；C、每条多肽链都具有独立的生物学活性；D、依靠肽链维持结构的稳定性；E、以上都不是 ⒌下列有关α-螺旋的叙述哪个是错误的？ A、分子内的氢键使α-螺旋稳定； B、减弱R 基团间不利的相互作用使α螺旋稳定； C、疏水作 用使α 螺旋中断；D、在某些蛋白质中，α 螺旋是二级结构中的一种类型；E、脯氨酸和甘氨酸残基使α螺旋中断 ⒍下列有关β折叠的叙述哪个是错误的？（） A、球状蛋白质中无β折叠的结构； B、β折叠靠链间氢键而稳定； C、它的氢键是肽链的C=O 和N-H 间形成的；D、α-角蛋白可以通过加热处理而转变成β折叠的结构；E、β-折叠有平行的β折叠和反平行的β折叠 ⒎具有四级结构的蛋白质特征是：（）A、分子中必定含有辅基；B、含有两条或两条以上的肽 链；C、每条多肽链都具有独立的生物学活性；D、依靠肽链维持结构的稳定性；E、以上都不是 ⒏具有四级结构的蛋白质是：（） A、胰岛素； B、核糖核酸酶； C、血红蛋白； D、肌红蛋白； E、胰凝乳蛋白 ⒐在四级结构的蛋白质分子中，每个具有三级结构的多肽链是：（） A、辅基； B、辅酶； C、亚基； D、寡聚体； E、肽单位 ⒑关于蛋白质亚基的描述，其中正确的是：（）A、一条多肽链卷曲成螺旋结构；B、两条以上多肽链卷曲成二级结构；C、两条以上多肽链与辅基与辅基结合成蛋白质；D、每个亚基都有各自的三级结构；E、以上都是正确 ⒒胶原蛋白组成中出现的不寻常氨基酸是（） A、乙酰氨基酸； B、羟基氨基酸； C、甲基氨基酸； D、D 赖氨酸 ⒓一种非常稳定的小分子量蛋白质的化学结构中，经常是（） A、含有大量的二硫键； B、含有丰富的甘氨酸； C、有较多络合金属离子； D、含有疏水氨基酸⒔形成稳定的肽链空间结构，一个重要原因是肽键中的四个原子以及和它相临的两个α碳原子处于（） A、不断绕动状态； B、可以相对自由旋转； C、同一平面； D、随不同外界环境而变化的状态 ⒕在寡聚蛋白质中，亚基间的立体排布、相互作用以及接触部位间的空间结构称之为（） A、三级结构； B、缔合现象； C、四级结构； D、变构现象 ⒖下列哪种方法是目前研究蛋白质分子空间结构最常用的（） A、圆二色性； B、荧光光谱； C、X 光衍射； D、核磁共振 二、判断是非 ⒈从热力学上讲最稳定的蛋白质构象自由能最低。 ⒉维持蛋白质三维结构的最重要的力是氢键。