功能位点分析
DNA甲基化数据分析的基本方法与工具推荐
DNA甲基化数据分析的基本方法与工具推荐DNA甲基化是指DNA分子上的甲基基团（CH3）与DNA碱基（尤其是胞嘧啶）之间的化学键结合。
DNA甲基化是真核生物中一种重要的表观遗传修饰方式，对基因组稳定性和正常生理功能发挥至关重要的作用。
DNA甲基化水平的异常变化与许多疾病的发生发展密切相关，包括癌症、心血管疾病、精神疾病等。
因此，对DNA甲基化数据进行分析是理解这些疾病的发生机制和探索潜在治疗策略的关键步骤。
本文将介绍DNA甲基化数据分析的基本方法与一些常用的工具推荐。
首先，DNA甲基化数据分析的基本方法涵盖了数据预处理、甲基化位点鉴定和差异分析三个方面。
数据预处理是DNA甲基化数据分析的必要步骤之一，它的主要目的是将原始数据进行质量控制和归一化处理，去除实验误差和技术偏差。
常见的数据预处理方法包括：首先，质量控制，即将低质量的碱基读数过滤掉，以提高数据的准确性；其次，归一化处理，即将不同样本之间的技术偏差进行校正，以便后续的统计分析。
甲基化位点鉴定是DNA甲基化数据分析的关键步骤，它的主要目的是确定每一个DNA碱基上甲基化的程度。
常见的甲基化位点鉴定方法包括：首先，基于BS-seq（全基因组甲基化测序）的方法，通过测定甲基化位点与非甲基化位点的比值来鉴定甲基化位点；其次，基于甲基化特定酶切及高通量测序的方法，利用甲基化特定酶切割非甲基化DNA，然后通过高通量测序鉴定甲基化位点。
差异分析是DNA甲基化数据分析的核心步骤，它的主要目的是比较不同样本之间的甲基化差异。
常见的差异分析方法包括：首先，基于碱基的比对方法，通过比较不同样本的DNA序列，确定不同样本之间的甲基化差异；其次，基于甲基化位点的比较方法，通过比较甲基化位点的甲基化水平，确定不同样本之间的甲基化差异。
除了基本方法之外，还有一些常用的DNA甲基化数据分析工具推荐，这些工具可以帮助研究人员更高效地完成DNA甲基化数据分析工作。
首先，Bismark是一个常用的DNA甲基化分析工具，它可以识别全基因组的甲基化位点，并提供可视化和统计性的差异分析结果。
蛋白质修饰与功能分析
蛋白质修饰与功能分析蛋白质是生物体中最为重要的生化分子之一，它们在细胞内参与了许多关键的生物过程。
然而，蛋白质本身的功能并非一成不变的，而是通过修饰来实现可调控性。
蛋白质修饰是指对蛋白质分子结构的化学改变，从而调节蛋白质的活性、稳定性以及相互作用等。
本文将探讨常见的蛋白质修饰类型及其在功能分析中的意义。
一、磷酸化修饰磷酸化修饰是蛋白质修饰中最常见的一类，它通过在蛋白质上加上一个磷酸基团来改变蛋白质的电荷状态。
这种修饰可通过激酶酶与磷酸酶酶进行平衡，从而调节蛋白质的功能。
磷酸化修饰可影响蛋白质的酶活性、亲和力以及稳定性等方面的功能。
在功能分析中，磷酸化修饰可通过质谱分析等技术来鉴定。
磷酸化位点的识别可以帮助我们理解蛋白质的功能，并揭示某些疾病发生机制中的关键蛋白质修饰事件。
二、糖基化修饰糖基化修饰指的是将糖分子连接到蛋白质的氨基酸上，形成糖链。
这种修饰广泛存在于细胞表面的蛋白质上，起到了识别和相互作用的重要作用。
糖基化修饰能够影响蛋白质的稳定性、活性以及在细胞内的位置。
功能分析中的糖基化修饰研究一般通过质谱等技术来鉴定特定的糖链组成，并进一步研究其在细胞信号传导和疾病发展中的相关作用。
三、乙酰化修饰乙酰化修饰是通过将乙酰基团添加到蛋白质的赖氨酸残基上而实现的。
这种修饰可以调节蛋白质的转录活性、稳定性以及相互作用等。
乙酰化修饰在转录因子的活性调节和染色质结构的变化中起到重要作用。
在功能分析中，乙酰化修饰可通过质谱和抗体识别等方法进行检测。
研究乙酰化修饰对特定蛋白质的影响，有助于我们更好地理解细胞核内的基因调控机制。
四、脂肪酰化修饰脂肪酰化修饰是通过将脂肪酰基团连接到蛋白质上的半胱氨酸残基实现的。
这种修饰可以影响蛋白质的细胞定位、稳定性以及蛋白质与膜的相互作用等。
脂肪酰化修饰在细胞信号传导和蛋白质定位中发挥着重要作用。
在功能分析中，脂肪酰化修饰的研究一般通过质谱和生物化学技术来鉴定特定脂肪酰化位点。
研究脂肪酰化修饰对蛋白质功能的影响有助于理解细胞信号传递和疾病发展的机制。
神经系统疾病相关基因SNP位点的分析及其应用研究
神经系统疾病相关基因SNP位点的分析及其应用研究随着现代医学技术的不断发展和深入研究，人们逐渐认识到，基因与疾病之间有着紧密的关系。
在神经系统疾病领域，通过对相关基因SNP位点的分析，可以深入了解疾病的发病机制、诊断方法和治疗手段，这对于预防和治疗神经系统疾病具有重要意义。
一、SNP位点是什么首先，我们需要了解SNP位点的定义。
SNP（Single Nucleotide Polymorphism），即单核苷酸多态性，是指基因组中单个核苷酸发生变异的现象。
换言之，就是相同基因在不同个体之间存在某个碱基的不同。
SNP位点是指基因序列中SNP的具体位置，也可以理解为遗传变异所在的位置点。
二、SNP位点与神经系统疾病关系SNP位点可以导致基因表达的变化，从而影响人类的遗传变异和表型特征表达。
通过对神经系统疾病相关基因SNP位点进行分析，可以更深入地了解这些疾病的发病机制和发生的原因。
例如，帕金森病和阿尔茨海默病等神经系统疾病，均与SNP位点的变异紧密相关。
三、SNP位点的分析方法目前，常用的SNP位点分析方法主要有：基因芯片分析、PCR-序列分析和下一代测序分析。
其中基因芯片分析是一种高通量和经济实惠的SNP位点筛查方法，可以在较短时间内筛查数百万个SNP位点。
PCR-序列分析方法通常用于对某些SNP位点进行详细的检测和分析，是一种较为精确的方法。
而下一代测序分析是一种高通量、高精度的方法，可以同时分析数亿个SNP位点，是目前最常用的SNP位点分析方法之一。
四、SNP位点的应用研究神经系统疾病相关基因SNP位点的应用研究主要有以下几个方面：1. 神经系统疾病的早期诊断：SNP位点变异可能与神经系统疾病的早期诊断密切相关。
例如，通过检测一个名为APOE ε4的SNP位点，可以预测个体是否易患阿尔茨海默病。
2. 神经系统疾病的分子机制研究：通过SNP位点的变异，可以了解基因表达的变化，从而更深入地了解神经系统疾病的分子机制。
蛋白质-配体结合亲和力预测方法
蛋白质-配体结合亲和力预测方法关于蛋白质-配体结合亲和力预测的方法有许多种，以下是其中的50种，并展开详细描述。
1. 分子对接：分子对接是一种常用的蛋白质-配体结合亲和力预测方法。
它通过计算蛋白质和配体之间的相互作用能来预测它们的结合亲和力。
2. 反向分子对接：反向分子对接是一种从已知的配体库中筛选出与目标蛋白质结合亲和力高的配体的方法。
通过将分子库中的配体依次与蛋白质进行对接，并计算它们的结合亲和力，从而预测与蛋白质相互作用较强的配体。
3. 蛋白质结构模拟：蛋白质结构模拟是通过计算机模拟的方式，预测蛋白质和配体之间的结合亲和力。
常用的结构模拟方法包括分子动力学模拟和蒙特卡洛模拟等。
4. 蛋白质序列分析：蛋白质序列分析可以通过比较目标蛋白质与已知结合亲和力的蛋白质序列，找出相似性较高的蛋白质，并预测它们的结合亲和力。
5. 蛋白质结构比对：蛋白质结构比对是通过比较目标蛋白质的结构与已知结合亲和力的蛋白质结构之间的相似性，预测目标蛋白质的结合亲和力。
6. 蛋白质动力学模拟：蛋白质动力学模拟是通过模拟蛋白质在溶液中的运动，预测蛋白质和配体之间的结合亲和力。
常用的动力学模拟方法包括分子动力学模拟和蒙特卡洛模拟等。
7. 功能位点分析：功能位点分析是通过分析蛋白质上的功能位点，预测蛋白质和配体之间的结合亲和力。
常用的功能位点分析方法包括密码子重编码和靶标酶标记位点识别等。
8. 蛋白质结构基因组学：蛋白质结构基因组学是通过对已知的蛋白质结构进行系统性的研究和分析，预测蛋白质和配体之间的结合亲和力。
9. 蛋白质互作网络分析：蛋白质互作网络分析是通过分析蛋白质与其他蛋白质之间的相互作用关系，预测蛋白质和配体之间的结合亲和力。
10. 弱相互作用分析：弱相互作用分析是通过分析蛋白质和配体之间的弱相互作用，预测它们的结合亲和力。
常用的弱相互作用分析方法包括核磁共振和质谱分析等。
11. 蛋白质折叠机制分析：蛋白质折叠机制分析是通过分析蛋白质的折叠机制，预测蛋白质和配体之间的结合亲和力。
基于序列及结构特征的固有无序蛋白—核酸相互作用位点预测分析
基于序列及结构特征的固有无序蛋白—核酸相互作用位点预测分析王洪波;郭珍珍;于家峰;王吉华【摘要】固有无序蛋白是一类具有柔性结构的蛋白质,许多情况下通过与其它物质相互作用形成稳定结构来发挥重要生物功能.本文分别利用基于序列特征和结构特征的蛋白质结合位点预测程序对固有无序蛋白有序区和无序区与核酸分子的结合位点进行了预测分析.结果发现,基于结构特征的结合位点预测方法整体上要优于基于序列特征的预测方法,表明无序区尽管缺少稳定空间结构,结构特征依然在固有无序蛋白结合位点中发挥了重要作用.因此,可以为今后固有无序蛋白序列特征及结构特征的提取提供可靠依据.【期刊名称】《德州学院学报》【年(卷),期】2014(030)002【总页数】5页(P6-10)【关键词】固有无序蛋白;序列特征;结构特征;结合位点预测【作者】王洪波;郭珍珍;于家峰;王吉华【作者单位】山东省功能大分子生物物理重点实验室,德州学院生物物理研究所,山东德州 253023;德州学院物理与电子信息学院,山东德州 2530023;山东师范大学生命科学学院,济南 250014;山东省功能大分子生物物理重点实验室,德州学院生物物理研究所,山东德州 253023;山东省功能大分子生物物理重点实验室,德州学院生物物理研究所,山东德州 253023;山东省功能大分子生物物理重点实验室,德州学院生物物理研究所,山东德州 253023;德州学院物理与电子信息学院,山东德州2530023【正文语种】中文【中图分类】Q511 引言固有无序蛋白（IDPs）是指在生理条件下不具有稳定的三维结构，但能够正常行使功能的一类蛋白质，它的发现是对蛋白质序列－结构－功能传统观念的挑战［1，2］.由于IDPs在生物体内广泛存在，且具有重要功能，参与细胞中多种生理和病理活动［3，4］，受到越来越多的关注.IDPs可以通过与核酸相互作用行使功能，相互作用时的结合位点的研究变得具有重要的生物学意义.对于蛋白质结合位点有很多蛋白质结合位点预测软件可以进行预测，这些预测软件主要基于蛋白质的序列特征或者结构特征［5］对蛋白质结合位点进行预测.由于固有无序蛋白的序列分为有序区和无序区［6］，且研究表明无序区在序列特征上明显区别于有序区，因而人们在对IDPs的结合位点进行预测时更加关注IDPs的序列信息，例如根据IDPs 序列的氨基酸组成特征进行结合位点的预测［7］.但是由于无序区没有稳定的三维结构，基于IDPs结构特征的结合位点预测算法还少有报道，也少有软件考虑到无序区和有序区的区别分别进行预测.本文主要收集能够与核酸（DNA和RNA）结合的固有无序蛋白，分别利用基于序列特征和结构特征的蛋白质结合位点预测程序，对其有序区和无序区与核酸分子的结合位点进行预测分析，从而挖掘适合对固有无序蛋白结合位点进行预测的特征，为结合残基预测算法的进一步发展提供帮助以及数据支持.2 材料和方法2.1 数据集Disprot［8］是专门收集固有无序蛋白的数据库，本文统计所用的6.01版本含有684条固有无序蛋白以Disprot为基础，从PDB［9］中提取结构由X射线晶体衍射方法测得的固有无序蛋白与DNA、RNA复合物结构，且分辨率不低于3.5埃.然后利用在线去冗余软件PISCES［10］，相似度阈值设为25%，对得到的与复合物对应的固有无序蛋白序列去冗余，构建出IDPs－DNA25和IDPs－RNA11两个数据集.然后根据DisProt中提供的有序区与无序区的信息，构建有序区－DNA21、无序区－DNA12、有序区－RNA5、无序区－RNA9四个数据子集.通常按照距离阈值法［11，12］定义固有无序蛋白结合复合物的结合残基，即IDPs序列的氨基酸残基，其原子与作用物中的任何一个原子间的距离不大于3.5埃，就认为这个氨基酸为结合残基，否则为非结合残基.根据这种方法，在两个大数据集中分别得到372、240个结合残基和4770、1418个非结合残基.本文即以这些结合残基为基础对预测算法的结果进行比对统计.2.2 预测算法根据构建的IDPs－DNA和IDPs－RNA数据集的不同，分别选择四种蛋白质结合位点预测算法针对每一个数据集进行预测，而且每四种预测算法中分别含有两个以序列特征为基础的预测算法以及两个以结构特征为基础的预测算法（见表1）.表1 蛋白质－DNA以及蛋白质－RNA结合残基预测算法DBS－PSSM［13］Sequence－based；neural network based；evolutionary information 序列特征蛋白质－DNA BindN＋［14］ Sequence－based；biochemical feature；evolutionary information；SVMs 序列特征DISPLAR［15］ Structural and physical properties；3Dstructure based 结构特征DBD－Threader［5］Threading－based method；fold similarity and DNA－binding propensity；protein templates结构特征Pprint［16］ PSSM；orthogonal binary vectorinformation 序列特征序列特征SPOT2［18］ Structural based；structural alignment；结构特征RNABindR V2.0［19］Structural information；SVM；PSSM 结构特征SPOT1［17］ Sequence－based；protein templates蛋白质－RNA2.3 评价预测结果的参数对于以上预测算法得到的预测结果，采用通用的评价参数［14］Accuracy （Acc）、Sensitivity（Se）、Specificity（Sp）、Strength（St）、F－measure（Fm）和MCC进行评价.Acc指总的预测正确的氨基酸的比例.TP表示正确预测的结合残基的数目；TN表示正确预测的非结合残基的数目；FP表示错误预测的结合残基的数目；FN表示错误预测的非结合残基的数目.Se和Sp分别表示结合残基中预测正确的比例和非结合残基中预测正确的比例.Strength、F－measure和MCC属于综合指标，是对敏感性和特异性的权衡.其中MCC取值在－1到1之间，相对于Se和Sp来说，是一个更加严谨的标准，过高和过低的预测都是会导致MCC值的降低.如果MCC＝1是一个最优的预测，若MCC＝－1则是一个完全相反的预测.3 结果和讨论3.1 蛋白质－DNA结合位点预测算法结果分析DBS－PSSM和BindN＋都以序列特征为基础，两种方法都采用了进化保守性信息，BindN＋与DBS－PSSM相比还增加了结合残基的理化信息.DBD－Threader 是选取了一些已知结合位点的蛋白质结合复合物作为模版与未知蛋白复合物的结构进行比对，从而预测出结合位点.DISPLAR是采用蛋白质结构上和物理上的特性进行结合位点的预测.从图1的预测结果可以看到：1）在蛋白质－DNA结合位点预测方面有序区的预测结果和无序区的预测结果存在明显差异，这表明由于无序区在结构和序列上都不同于有序区，预测软件所基于的序列和结构特征并不一定符合无序区结合位点的特征.2）对有序区来说，四种预测方法的结果差别不大，说明有序区序列、结构和结合位点具有一定的保守性，符合一般蛋白质的特性，较符合结合位点预测软件所基于的特征.但是BindN＋、DBS－PSSM和DBD－Threader的MCC值较小，还有很大的提升空间.3）从无序区结果来看，DBD－Threader和DISPLAR显著优于BindN＋和DBS－PSSM.而且BindN＋和DBS－PSSM的MCC值都不到0.3，说明无序区在序列特征上不同于有序区，对于无序区一般以进化保守性信息等序列特征为基础的预测算法不太适合无序区；尽管无序区没有稳定的三维结构，但结构上也具有二级结构等特征，而且结构特征在无序区的结合位点方面依然起到重要作用，以结构特征为基础的预测软件相比取得的效果较好.图1 比较4种蛋白质－DNA结合位点预测软件对与DNA相互作用的无序区和有序区的预测结果3.2 蛋白质－RNA结合位点预测算法结果分析SPOT算法是对不同类型的蛋白质设计模板，在预测时将未知蛋白与模板蛋白先进行匹配，然后再预测.Pprint算法是通过PSI－BLAST比对一些有结合位点的蛋白质得到的序列信息进行预测.RNABindR V2.0根据自己数据库内的三个具有结合位点的蛋白质数据集得到的结构信息进行预测.从图2中可以看出：1）在蛋白质－RNA结合位点预测方面有序区跟无序区的预测结果也存在明显差异，有序区结果的差异性也小于无序区的预测结果.2）Pprint 和RNABindR V2.0对有序区和无序区结合残基的预测结果都不理想，MCC值都很低，尤其是对无序区的预测结果可靠性不高，两种算法有待改进.3）SPOT的两种算法取得的结果都较好.在有序区中SPOT1和SPOT2结果相差不大，而在无序区中，SPOT2的结果明显好于SPOT1，再次说明无序区的结构特征在结合位点方面起到重要的作用，对无序区进行结合位点的预测时，结构特征相比更有作用.图2 比较4种蛋白质－RNA结合位点预测软件对与RNA相互作用的无序区和有序区的预测结果为了对基于序列特征以及结构特征的蛋白质结合位点预测软件的结果进行量化比较，本文做了蛋白质－DNA以及蛋白质－RNA结合残基预测算法结果的六个参数的平均值（表2），从中可以看出以结构特征为基础的预测算法要明显优于以序列特征为基础的预测算法.表2 蛋白质－DNA以及蛋白质－RNA结合残基预测算法结果的六个参数的平均值序列特征 82 44 85 65 57 0.2312无序区蛋白质－DNA有序区结构特征 89 79 90 85 84 0.5297序列特征 84 66 85 76 74 0.3250结构特征 92 5294 73 66 0.4036序列特征 68 79 65 72 70 0.3958无序区蛋白质－RNA有序区结构特征 74 87 70 79 76 0.5344序列特征 88 82 88 82 85 0.4850结构特征 84 86 84 81 85 0.49724 结论分别利用基于序列特征以及基于结构特征的蛋白质结合位点预测算法对固有无序蛋白与核酸相互作用位点进行了预测分析，发现两种类型的算法对有序区和无序区的预测结果有差异，而且两类算法对有序区的预测结果相差不大，表明这些算法基于的特征在一定程度上都符合有序区的特征.但在无序区的结合位点预测方面，基于结构特征的结合位点预测方法整体上要优于基于序列特征的预测方法，表明无序区尽管缺少稳定空间结构，但结构特征依然在固有无序蛋白结合位点中发挥重要作用；对无序区结合位点预测时，应适当考虑结构特征的影响.因此，本文可以为今后固有无序蛋白序列特征及结构特征提取提供可靠依据.随着实验技术的发展以及数据库内的IDPs数量的增多，可以发现更多固有无序蛋白结合位点的特征，促进IDPs结合位点预测算法的发展以及固有无序蛋白的研究，进而为关于固有无序蛋白的疾病的药物开发等提供帮助.参考文献：［1］Uversky VN，Dunker AK.Understanding protein non－folding ［J］.Biochimica et Biophysica Acta（BBA）－Proteins and Proteomics，2010，1804（6）：1231－1264.［2］黄永棋，刘志，荣鄢.天然无序蛋白质：序列－结构－功能的新关系［J］.物理化学学报，2010，26.［3］曹赞霞，王吉华.促进或抑制α－synuclein蛋白异常聚集的相互作用蛋白质［J］.生物物理学报，2010，26（9）.［4］郭珍珍，朱玉风，王吉华.固有无序蛋白质－DNA复合物结合位点处核苷酸偏好性分析［J］.德州学院学报，2013，29（2）：50－53.［5］Gao M，Skolnick J.A threading－based method for the prediction of DNA－binding proteins with application to the human genome［J］.PLoS computational biology，2009，5（11）：e1000567.［6］Fukuchi S，Hosoda K，Homma K，etal.Binary classification of protein molecules into intrinsically disordered and 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蜜蜂序列组装分析及SNP位点检测
蜜蜂序列组装分析及SNP位点检测蜜蜂是我们非常熟悉的昆虫之一，也是非常重要的生态系统组成部分。
在蜜蜂的研究中，基因组学技术也越来越受到关注和应用。
本文将介绍蜜蜂基因组组装和SNP位点分析的相关内容。
一、蜜蜂基因组组装基因组组装是将测序数据转换为完整的基因组序列的过程。
蜜蜂基因组组装的过程和其他生物物种的基因组组装类似，但由于其基因组大小较小，组装过程相对较容易。
蜜蜂基因组组装的第一步是建立一个高质量的基因组序列库。
这包括用不同的方法制备高质量的DNA样品、建立测序文库并进行高通量测序等。
蜜蜂的基因组测序是高度复杂的过程，需要通过多个测序平台（如Illumina HiSeq、PacBio等）进行组合。
在获得测序数据后，需要对数据进行预处理，如去除低质量序列、去除冗余序列、纠正测序错误等。
然后，将这些清洗后的序列通过不同的软件进行组装，并利用其他评估工具对组装质量进行评估。
最终的基因组序列可以通过验证和加工来达到最终的精度。
二、SNP位点检测SNP（single nucleotide polymorphism）是指基因组中的单个碱基差异。
SNP是生物基因组中最常见的组成成分之一，也是进化研究和基因组组装等生物信息学研究中广泛应用的工具之一。
在蜜蜂研究中，SNP位点分析可以帮助我们了解种群群体、家系和探测基因功能等。
SNP位点检测的步骤包括：（1）基因组序列和基因序列的比对；（2）确立SNP位点；（3）SNP位点筛选和统计；（4）SNP位点功能分析。
首先，需要将测序数据比对到参考基因组序列上，然后使用SNP检测软件如SAMtools、GATK等，通过生物统计学方法筛选SNP位点。
接下来，使用过滤器将SNP位点进行分组和筛选，去除无效SNP位点，比如低质量位点。
最终，SNP位点的功能分析可以通过注释工具进行。
这包括检测SNP位点是否对蛋白质编码区域有影响、是否为突变位点等。
三、应用和展望蜜蜂基因组组装和SNP位点检测技术对于我们了解蜜蜂适应性进化、抗逆性、基因结构和基因功能都有着重要的意义。
使用Multiwfn的定量分子表面分析功能预测反应位点、分析分子间相互作用
使用Multiwfn的定量分子表面分析功能预测反应位点、分析分子间相互作用文/SoberevaFirst release: 2012-Aug-6 Last Update: 2013-Mar-19前言：定量分子表面分析对于预测反应位点、预测分子间结合模式、预测分子热力学性质有重要意义。
从Multiwfn 2.3版开始这个功能就被作为主功能12纳入其中了。
本文简要介绍定量分子表面分析的概念和意义、它在Multiwfn程序中所用的数值算法，并通过实例说明怎么用Multiwfn的这个功能分析实际问题。
实际上本文很多内容在Multiwfn 2.5版手册3.15节和4.12节中都已经涵盖，数值算法在/10.1016/j.jmgm.2012.07.004一文中有十分完整、详尽的说明。
Multiwfn可以在免费下载，本文使用的是2.5版。
1 定量分子表面分析的概念和意义定量分子表面分析主要分析的是静电势（ESP）和平均局部离子化能（ALIE）在分子范德华表面的分布。
分子范德华表面的定义非常多，最常用的是Bader的定义，也就是对于气相分子，使用电子密度为0.001 e/bohr^3的等值面作为分子范德华表面，这种定义物理意义明确，而且可以反映局部电子特征产生的影响，比如孤对电子、pi电子。
本文所说的分子表面都是指Bader的这种定义。
静电势是大家很熟悉的实空间函数，对于分子体系定义如下Z代表核电荷数，R是原子核坐标。
一个分子在r处的静电势，等于将一个单位正电荷放在r处后它与此分子产生的静电相互作用能，注意这里假定这个单位正电荷的出现对分子的电荷分布不产生任何影响。
静电势由带正电的原子核电荷产生的正贡献和带负电的电子产生的负贡献构成。
在r处如果静电势为正，说明此处的静电势是由原子核电荷所主导，如果为负，说明电子的贡献是主导。
在原子核附近，包括价层区域，由于离核较近，静电势都是正值，这部分通常不是我们感兴趣的（尽管分析它们也有一些特殊用处，比如获得共价半径）。
CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用
CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析的应用CHIP SEQ（Chromatin Immunoprecipitation Sequencing）是一种高通量测定转录因子、组蛋白和DNA互作的方法。
它结合了染色质免疫沉淀（ChIP）和高通量测序技术，可以有效地鉴定转录因子在基因组上的结合位点，从而揭示基因表达调控的分子机制。
在本篇文章中，我们将探索CHIP SEQ技术在转录因子结合位点分析的应用。
CHIPSEQ技术的基本原理是将细胞或组织中的染色质进行交联固定，并利用特异性抗体对目标蛋白进行免疫沉淀。
然后，通过DNA片段的解链、末端修复和连接测序适配体等处理后，进行高通量测序。
最后，通过比对整个基因组的测序结果，可以确定转录因子结合位点的位置。
利用CHIPSEQ技术，可以鉴定和研究转录因子的结合位点，对于揭示基因调控网络、再表达调控、启动子选择以及逆转录及病理性过程中等尤为重要。
以下是CHIPSEQ技术在转录因子结合位点分析中的几个应用方面：1.定位转录因子结合位点：通过CHIPSEQ可以确定转录因子在基因组上的结合位点，并标记转录因子结合位点的丰度。
这有助于了解转录因子与基因调控网络之间的关系，以及转录因子在基因调控过程中所扮演的角色。
2.揭示转录因子的作用目标：CHIPSEQ技术可以鉴定转录因子结合位点附近的启动子和增强子等调控区域。
通过分析转录因子结合位点周围的DNA序列，可以预测经过转录因子调控的潜在靶基因，并进一步揭示转录因子对基因表达的调控机制。
3.研究转录因子的功能：通过CHIPSEQ技术可以鉴定转录因子结合位点的重叠情况，即多个转录因子共同结合的位点。
这有助于了解转录因子之间的相互作用关系，以及它们在调控基因表达中的合作作用和竞争作用。
4.鉴定转录因子与疾病的关联：通过CHIPSEQ技术可以鉴定在一些疾病状态下，转录因子结合位点的改变情况。
这有助于我们理解转录因子在疾病发生和发展中的角色，并为疾病的诊断和治疗提供新的靶点和策略。
功能位点分析PPT课件
酵母基因组核苷酸出现频率
• 在统计过程中，如果同时计算DNA的正反两 条链，则根据碱基配对原则，A和T、C和G 的出现频率相同。
• 如果仅统计一条链，则虽然A和T、C和G的 出现频率不同，但是非常接近。
两联核苷酸频率：
• 不同基因组中两个连续核苷酸出 现的频率也是不相同的
• 4种核苷酸可以组合成16种两联核 苷酸
包含的信息量巨大 更重要的是目前人类对它了解甚少 天书中只有4个字符（碱基A、T、G、C） 既没有段落，也没有标点符号 是一个长度为3×109的一维序列。
• 科学家对这本天书了解最多的部分就是遗传密码 或者说掌握了DNA对蛋白质编码的规律
• 关于密码子
（1）密码子的使用是非随机的 • 如果密码子的第一、第二位碱基是A、U， 那么第三位将尽可能使用G、C；反之亦然。 • 如果三位都用G、C，则配对容易，分解难； 三位都用A、U，则相反。 • 一般地说，高表达的基因，要求翻译速度快， 要求密码子和反密码子配对快、分开也快。
限制性内切酶分析常用软件
RESTRICTION ANALYSIS DNAssist 1.02 DFW 2.21 Generunner
下载地址：
/dna.html
Dnastar
1. 序列格式转换 2. 限制性内切酶分析 3. 序列拼接
（4）GCG格式：是商业性的GCG软件包的专用格 式。
Seqverter
最新下载 /download.htm
*下载后直接安装即可
三、DNA序列分析
——基因序列 ——基因表达调控信息
寻找基因涉及到两个方面的工作 ：
–识别与基因相关的特殊序列信号 –预测基因的编码区域
生物信息学
核酸序列的一般分析
蛋白质结构与功能注释的方法
蛋白质结构与功能注释的方法在生物学中，蛋白质是生命的重要组成部分，扮演着许多重要的功能角色。
为了深入了解蛋白质的结构和功能，科学家们开发了各种方法和技术。
本文将介绍几种常用的蛋白质结构与功能注释的方法。
一、生物物理实验方法1. X射线晶体学X射线晶体学是一种常用的确定蛋白质结构的方法。
通过将蛋白质晶体置于X射线束中，蛋白质晶体会产生X射线的衍射图样。
通过分析衍射数据，科学家可以确定蛋白质的原子坐标，揭示其精确的三维结构。
2. 核磁共振核磁共振（NMR）是一种通过测量蛋白质中原子核的共振频率来研究其结构和动态性质的方法。
通过NMR技术，科学家可以得到蛋白质的三维结构以及蛋白质在溶液中的构象信息。
二、生物信息学方法1. 蛋白质结构预测蛋白质结构预测是通过计算方法预测蛋白质的三维结构。
常用的方法包括基于相似性的同源建模、基于物理化学性质的拟合和基于机器学习的方法。
这些方法可以在缺乏实验数据的情况下，为科学家提供蛋白质结构的推测。
2. 蛋白质功能注释蛋白质功能注释是根据蛋白质结构和序列信息，预测蛋白质的功能和参与的代谢途径。
常用的方法包括序列比对、结构域预测、功能域注释和系统生物学分析。
通过这些方法，科学家可以对蛋白质的功能进行预测和解释。
三、基于结构分析的方法1. 空间结构比对空间结构比对是比较已知蛋白质结构与未知蛋白质结构之间的相似性和差异性。
通过比较蛋白质结构之间的共性和变异性，科学家可以推测蛋白质的功能和进化关系。
2. 功能位点预测功能位点是蛋白质分子上具有特定功能的位点。
科学家利用结构分析方法，通过比较蛋白质结构中的保守位点和突变位点，来预测蛋白质的功能位点。
这些预测结果对于研究蛋白质的生物学功能和药物设计具有重要意义。
总结：蛋白质结构与功能的注释是生命科学研究中的重要内容。
通过生物物理实验方法、生物信息学方法和基于结构分析的方法，科学家们可以揭示蛋白质的精确结构和功能信息。
这些方法的综合应用将有助于我们更好地理解和应用蛋白质在生命过程中的关键作用。
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（2）密码子的使用有一定的统计规律
• 对同义密码子的使用存在着偏爱 不同种属偏爱的密码子不同 人类基因组： 密码子第三位取A、U的情况占90%
而第三位取G、C仅占10%
密码子的使用偏性与基因功能、蛋白质结构相关
（3）密码子中的密码
•
三个碱基的位置与所编码的氨基酸性质存在着联系 例如：
• 芳香族氨基酸——以U作为第一位碱基
析软件包大多整合有检索酶切位点的程序。这
些程序附带一个酶切位点的数据库文件，根据
这个文件对序列作酶切位点的查找。
限制性内切酶分析常用软件
RESTRICTION ANALYSIS DNAssist 1.02 DFW 2.21 Generunner
下载地址：
/dna.html
列对 DNA 序列数据库的类似性检索、两个序列
的比较、碱基互补配对和发卡结构分析以及酶
两联核苷酸频率： • 不同基因组中两个连续核苷酸出 现的频率也是不相同的 • 4种核苷酸可以组合成16种两联 核苷酸
பைடு நூலகம்
对酵母基因组两 联核苷酸的统计 结果 其中核苷酸对出 现频率最高的达 到0.119 而出现频率最低 的只有0.028
酵母基因组两联核苷酸频率表
三联核苷酸——基因密码子： • 在进行编码区域识别时，常常需要对三联 核苷酸进行统计分析，这实际上是分析密 码子的使用偏性。
核苷酸
频率
A
C G
0.3248693727808
0.1751306272192 0.1751306272192
T
0.3248693727808
酵母基因组核苷酸出现频率
• 在统计过程中，如果同时计算DNA的正反 两条链，则根据碱基配对原则，A和T、C 和G的出现频率相同。 • 如果仅统计一条链，则虽然A和T、C和G的 出现频率不同，但是非常接近。
230000/220000=210000≌103000
基因组计划带来的希望：
• 实验数据的积累速度在迅速地增加
• 计算机科学和技术也在不断地发展
单个基因组分析：
基因序列
基因功能 基因的表达调控
基因产物
基因多态性
比较基因组分析： 物种关系 物种进化
物种起源
二、序列格式转化
各种软件为了自己的需要，通常对序列格式 有一定的要求，给我们的使用带来了一定的困难。
一个基本的DNA序列分析方案
发现重复序列
数据库搜索
分析功能位点
序列组成统计分析
综合分析
2. 核苷酸关联分析 • 对于一个给定的基因组，最简单的计算就 是统计DNA序列中各类核苷酸出现的频率 • 对于随机分布的DNA序列，每种核苷酸的 出现是均匀分布的
– 出现频率各为0.25。
• 而真实基因组的核苷酸分布则是非均匀的
序列、检索DNA的特殊位点或信号、开放读框的查
找、鉴定DNA的编码区和翻译基因序列等。
基因编码区是指可以由核糖体翻译成蛋白
质的序列，它的5’端有转录和翻译的起始位点，
3’ 端有终止位点。基因的起始位点通常是 ATG ，
终止位点为TAA、TAG、TGA。
一个起始和终止密码子之间的序列称为一
个 开 放 阅 读 框 （ Open Reading Frame ， 简 称
（3）EBML格式 与 GBFF 格式的主要区别是：每行左端均有由 两个大写字母组成的识别标志，是GenBank识 别标志的缩写。另外，序列的序号在右侧。
（4）GCG格式：是商业性的 GCG软件包的专用 格式。
Seqverter
最新下载
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– 由于密码子的简并性（degeneracy），每个氨 基酸至少对应1种密码子，最多有6种对应的密 码子。 – 在基因中，同义密码子的使用并不是完全一致 的。 – 不同物种、不同生物体的基因密码子使用存在 着很大的差异
• 基因密码子的使用与基因编码的蛋白的结构和功 能有关，与基因表达的生理功能有着密切的联系 • 蛋白的三级结构与密码子使用概率有密切的关系
是一个长度为3×109的一维序列。
• 科学家对这本天书了解最多的部分就是遗传密码 或者说掌握了DNA对蛋白质编码的规律 • 关于密码子 （1）密码子的使用是非随机的 • 如果密码子的第一、第二位碱基是A、U， 那么第三位将尽可能使用G、C；反之亦然。
• 如果三位都用G、C，则配对容易，分解难；
三位都用A、U，则相反。 • 一般地说，高表达的基因，要求翻译速度快， 要求密码子和反密码子配对快、分开也快。
ORF），它是一个潜在的蛋白质编码区。
• 对于任何给定的核酸序列（单链DNA或 mRNA），根据密码子的起始位置，可 以按照三种方式进行阅读。 • 例如，序列ATTCGATCGCAA （1） ATTCGA TCGCAA （2） A TTCGAT CGCAA （3） AT TCGATCGCAA
• 这三种阅读顺序称为阅读框（reading frames）
基因可变剪切示意图
基因可变剪切示意图
gene A
序列翻译、ORF查找
1. Generunner 2. 在线的ORF finder /gorf/gorf.html
Generunner
功能：
包括内含子、简单重复序列、移动元件、伪基因 重复序列:
卫星（satellite）DNA
小卫星（mini-satellite）DNA 微卫星（micro-satellite）
顺式调控元件:
启动子、增强子、沉默子
关于生物复杂性：
生物的复杂性不仅仅是基因的数目 人类基因约为30000个 线虫有20000个基因
序列编辑与类似序列查找、建立自己 的序列数据库进行查找、序列比较、序列 翻译、蛋白序列分析等，还包括 DNA 分析 常用到的一些功能，如碱基百分组成、分 子量计算等。
ORF finder
/gorf/gorf.html 输入序列
在Enter GI or ACCESSION 后面的框中输入公共序列
（2）Genbank格式（GenBank flatfile，GBFF） 最广泛地用于表示生物序列的格式之一，也 是 DDBJ/EMBL/GenBank交换数据时采用的格式。 例如：
LOCUS AB094638_1 38 a 146 bp 17 c 43 g DNA 48 t 13-APR-2006 0 others BASE COUNT ORIGIN 1 gttttaatgt gttgccttgg ttgagtggtg aagctggtta gggtagcgtg taaaacatgg 61 tgggtagatt aatgctttgt gtcaccatgc cgtttggttc gattaatgta atcataagga 121 gagaccataa gttatgaata cgcaga
– 通过对密码子的聚类分析，可以很清晰地将具有不同 三级结构蛋白质的编码基因分成不同的类，而具有相 似三级结构蛋白的编码基因则大致聚在同一类中，从 而证明基因密码子的使用偏性与蛋白质三级结构具有 密切的相关性。
• 在不同物种中，类型相同的基因具有相近的同义 密码子使用偏性
– 对于同一类型的基因由物种引起的同义密码子使用偏 性的差异较小
格式转换软件可以将不同格式数据转换以方便使
用。很多综合性软件可以进行序列格式转换，如
DNAstar，seqverter等。
常见序列格式：
（1）FASTA格式（又称Pearson格式） 是比较简单而使用最多的序列格式。序列 以 ">" 号开头，其后是单行的关于序列的描述信 息，最后是序列。例子：
>10KD_VIGUN P18646 vigna unguiculata 10 kda protein precursor MEKKSIAGLCFLFLVLFVAQEVVVQSEAKTCENLVDTY RGPCFTTGSCDDHCKNKEHLLS
3. 功能位点分析
• 功能位点（functional site）
– 与特定功能相关的位点，是生物分子序列上的一个功能 单元，或者是生物分子序列上一个较短的片段。
• 功能位点又称为功能序列（functional sequence）、 序列模式（motif）、信号（signal）等。 • 核酸序列中的功能位点包括转录因子结合位点、转 录剪切位点、翻译起始位点等。 • 在蛋白质序列分析中，常使用序列模式这个名词， 蛋白质的序列模式往往与蛋白质结构域或者作用部 位有关。
• 在 DNA序列中，除了基因之外，还包含许多其它 信息，这些信息大部分与核酸的结构特征相关联， 通常决定了DNA与蛋白质或者DNA与RNA的相互 作用。 • 存放这些信息的DNA片段称为功能位点 – 如 启 动 子 （ Promoter ） 、 基 因 终 止 序 列 （Terminator sequence）、剪切位点（Splice site）等。
的gi号或ACCESSION号
在or sequence in FASTA format 后面的框中输入完整
的序列
设置序列范围
在 FROM: TO: 后面的框中输入进行 ORF查找的序列范围
Genetic codes 可以选择采用何种遗传编码
按OrfFind 按钮即可执行
五、限制性内切酶分析
三、DNA序列分析
——基因序列 ——基因表达调控信息 寻找基因涉及到两个方面的工作 ：
– 识别与基因相关的特殊序列信号 – 预测基因的编码区域 结合两个方面的结果确定基因的位置和结构
基因表达调控信息隐藏在基因的上游区域，在组 成上具有一定的特征，可以通过序列分析识别这 些特征。
1. DNA序列分析步骤
限制性内切酶是在许多细菌体内发现的能识
别和切割外源 DNA 的核酸酶。细菌自身的 DNA