第五章 蛋白质序列分析
5 蛋白质序列分析
实例分析，使用PHYRE系统 进行 RGDV P2蛋白的折叠识别预测
3.从头预测
• Abinitio prediction：直接从序列本身预测三 维结构。
5.4抗原表位预测分析
• 抗原抗体结合反应中，抗原参与的结合部 位称为抗原表位（epitope）
实例：TargetP对RSvc2蛋白细胞定 位预测
5.2结构与分析及motif搜索
• 结构域（structure domain）是在蛋白质结 构中介于二级结构和三级结构之间的可以 明显区分但又相对独立的折叠单元，每个 结构域自身形成紧实的三维结构，可以独 立存在或折叠，但结构域之间的关系较松 散。 • 常见工具：InterProSan， SMART，Pfam。
实例：使用PROSITE数据库对 RGDV P8 蛋白进行motif搜索。
5.3空间结构预测
• 二级结构预测的意义。 • 在线工具，SSPro 等。
• Amino Acids: MAGKLQDGVAIAKIKETINLFCEYSFGDLVNNRREIVGRVHDARKN AALAWPDLIMNCFLHSASHYGVVKFLLDIALSTRFGDFTLLGVSSQ NYPFYDLHVVMTKAFCNLDFAKDEYLMINDSFSSMMSAFLDEEGV HSAMSMELGIHDIEDRFVLRTKRLFYIIHEYHMSLDEIEPWLEKLPD ASGGTLLNQKSKEQMRVIFSNAKVRIANSINLYVTNNTNSYNEYVR EVAEYVADLWNIQATTNTQGHENELADEDFGVLASSSQMNGTKS ELGDSVIKSDGNEVKLEPAVFTRNDDEEELAGSEFTSLLSDDGRM G Predicted Secondary Structure (8 Class): CCCHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHCHTHHHTTTCEHHHHHHH HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHEHETCE EEEEEECCSCCTCCHHEEEEHHHEECTCCCCCEECCCHHHHHH HHHHHHHHHCCEEEEHEEECECHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHHHHHHHHTCCCTTTTCHHCHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHEEEETHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHEEEECCCTCCHH HHHHHHTTEEEECHHCTCCHCHTTCEEEECTTCEEEECCEEEEE CCCHHHHHHHHHHHHHCTTTCCC
第五章蛋白质结构预测1ppt课件
对于β折叠的形成规律： • 对于β折叠，也存在着一些特征的亲疏水 残基间隔模式，埋藏的β折叠通常由连续 的疏水残基组成，一侧暴露的β折叠则通 常具有亲水-疏水的两残基重复模式。
•原则上，通过在序列中搜寻特殊的亲疏水 残基间隔模式，就可以预测α螺旋和β折叠。
（ii）β折叠规则
• 相邻6个残基中若有4个倾向于形成β折叠， 则认为是折叠核。
• 折叠核向两端延伸直至4个残基的平均折叠倾 向性因子{P}<1.0。
• 若延伸后的片段的{P}>1.05，则预测为β折 叠。
（iii）转角规则
• 转角的模型为四肽
fj 1fj 2fj 3fj 47 .5 1 5 0
例如：Glu主要出现在螺旋中 Asp和Gly主要分布在转角中 Pro也常出现在转角中，但是绝不会出现在
螺旋中
• 可以根据每种氨基酸残基形成二级结构的倾 向性或者统计规律进行二级结构预测
• 经验参数法由Chou 和Fasman在70年代提 出来
• 是一种基于单个氨基酸残基统计的经验预测 方法。 通过统计分析，获得的每个残基出现 于特定二级结构构象的倾向性因子，进而利 用这些倾向性因子预测蛋白质的二级结构。
一个氨基酸残基的构象倾向性因子定义为 Pi = Ai / Ti (i= ,β,c, t)
式中下标i表示构象态 如螺旋、β折叠、转角、无规卷曲等；
Ti是所有被统计残基处于构象态i的比例； Ai是第A种残基处于构象态i 的比例； Pi大于1.0表示该残基倾向于形成二级结构构象
i，小于1.0则表示倾向于形成其它构象。
• 在进行结构预测时考虑氨基酸残基的物理化学性 质
蛋白质序列分析与结构预测
蛋白质序列分析与结构预测概述：蛋白质是生物体内重要的功能分子，其结构与功能密切相关。
蛋白质序列分析和结构预测是在理解蛋白质结构和功能的基础上，对蛋白质进行更深入研究的重要工具。
本文将对蛋白质序列分析和结构预测进行详细介绍。
一、蛋白质序列分析1.1序列比对1.2序列标记蛋白质序列标记是根据其中一种特定的准则来标记氨基酸序列的功能或结构信息。
常用的标记方法有结构标记和功能标记。
结构标记根据氨基酸的二级结构特征来进行，如α-螺旋、β-折叠等；功能标记则是根据氨基酸序列所具有的特定功能进行，如酶活性、配体结合等。
1.3序列定位蛋白质序列定位是指确定蛋白质序列中特定区域的位置和范围。
常用的序列定位方法有Motif分析和Domain分析。
Motif分析可以识别蛋白质序列中的保守序列模式，从而找出具有特定功能的序列片段；Domain 分析可以识别蛋白质中具有自稳定结构和特定功能的结构域。
1.4序列功能预测二、蛋白质结构预测蛋白质结构预测是根据蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质的三维结构。
蛋白质的结构决定了其功能和相互作用，因此准确预测蛋白质的结构对于理解蛋白质的功能和机制至关重要。
蛋白质结构预测的主要方法包括基于模板的建模方法和基于物理性质的全原子或粗粒化力场模拟方法。
2.1基于模板的建模方法基于模板的建模方法是利用已知的蛋白质结构作为模板，通过序列比对和结构比对来模拟未知蛋白质的结构。
常用的基于模板的建模方法有比对、模型构建和模型评估等。
2.2基于物理性质的模拟方法基于物理性质的模拟方法是使用物理原理和力场模拟来预测蛋白质的结构。
常用的模拟方法有分子力学模拟、蒙特卡洛模拟和蛋白质力场等。
结论：蛋白质序列分析和结构预测是对蛋白质进行深入研究的重要工具。
通过蛋白质序列分析可以了解蛋白质的进化关系、功能特征和结构信息；而蛋白质结构预测可以揭示蛋白质的三维结构，从而理解其功能和相互作用。
随着技术的不断发展，蛋白质序列分析和结构预测方法也在不断改进和完善，为研究蛋白质的机制和功能提供了更有力的工具。
蛋白质序列分析
蛋白质序列分析蛋白质是构成生命体的基本组成部分之一，是生命体内最重要的物质之一。
蛋白质序列分析是指对蛋白质分子的氨基酸序列进行分析，以获得关于该蛋白质分子结构和功能的信息。
目前，蛋白质序列分析已经成为了生命科学领域里面最重要的研究方法之一，在生命科学领域中有着广泛的应用。
蛋白质序列的确定蛋白质序列的确定是指将蛋白质分子中的每一个氨基酸序列进行测定，以此来确定蛋白质的完整氨基酸序列。
目前，蛋白质序列的测定可以通过两种主要的方法来完成：一种是质谱法，另一种则是氨基酸分析法。
质谱法是通过将蛋白质样品进行向光电离或者激光解离，然后将离子化的蛋白质进行分离，并利用质谱测量仪器来测定蛋白质中的各个氨基酸残基类型和数量。
质谱法的优点是能够快速准确地测定蛋白质序列，缺点是该方法需要高度纯净的蛋白质样品，并且需要高效的仪器设备和技术支持。
氨基酸分析法是将蛋白质样品进行水解或者重氮化处理，然后通过电泳的方式来分离样品中的各个氨基酸残基。
然后，通过对每一个氨基酸的去除和测量，来确定蛋白质中的完整氨基酸序列。
该方法的缺点是需要比较大的蛋白质样品，而且该方法需要比质谱法更长的时间才能得到完整的蛋白质序列信息。
蛋白质序列分析的应用在生命科学领域中，蛋白质序列分析已经成为了最广泛的研究方法之一。
该方法被广泛地应用于各种不同的研究和应用领域，包括生物基因工程、生物医学、药物发现以及农业、食品、环境等领域。
生物基因工程：在生物基因工程领域中，蛋白质序列分析被用来确定基因对蛋白质的编码和翻译的正确性。
当基因缺陷或异常时，蛋白质分子中可能会产生氨基酸序列的变化，这些变化可能会影响到蛋白质分子的结构和功能。
生物医学：在生物医学领域中，蛋白质序列分析被用来确定疾病和疾病治疗方案中所涉及的蛋白质的结构和功能。
这种信息可以用于指导新药物筛选和治疗研究，以及帮助科学家开发更加有效的治疗手段。
药物发现：在药物发现领域中，蛋白质序列分析被用来确定药物分子的靶点和药物-受体作用机制。
蛋白质的序列分析及结构预测课件PPT
药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。 而 Asp 、Glu 和 Pro 在β折叠片中则很低。
（3）在数据库中搜索 99 Da = ‘V’
http://www. 用HMM法搜索蛋白质远源同源序列 全平行结构域、反平行结构域、α+β结构域、 α/β结构域及其他折叠类型。
优点：
• 可以避免底物分子产生的干扰，大大降低背景噪音。 • 其次，可使分子离子通过与反应气的碰撞来产生断裂。 • 因此能提供更多的结构信息，所以串联质谱特别适合 于复杂组分体系且干扰严重的样品中低含量组分分析测 定，具有比GC-MS和LC-MS等一级质谱更高的选择性和灵 敏度。
Masses of Amino Acid Residues
Protein backbone
H...-HN-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-…OH
N-terminus
Ri-1
Ri
Ri+1
C-terminus
AA residuei-1 AA residuei AA residuei+1
General for sequencing
Breaking Protein into Peptides and Peptides into Fragment Ions
蛋白质的序列分析及结构预测
DNA sequence Protein sequence Protein structure Protein function
一、蛋白质数据库介绍 二、蛋白质序列分析 三、蛋白质结构预测 四、应用 分子设计
第五章蛋白质分析及预测方法
第五章蛋白质分析及预测方法蛋白质是生物体内最基本的功能分子之一，其功能与结构密切相关。
蛋白质分析及预测方法是研究蛋白质结构和功能的重要手段之一、随着生物信息学和计算机技术的发展，越来越多的蛋白质分析及预测方法被提出和应用。
一、蛋白质分析方法1.序列分析蛋白质序列是理解和预测蛋白质功能和结构的重要基础。
序列分析可以通过比对已知蛋白质序列数据库，找出与待研究蛋白质相似的序列，从而预测其功能和结构。
常用的序列分析方法包括同源序列比对、Motif和Domain分析等。
2.结构分析蛋白质结构是蛋白质功能的基础，因此结构分析对于研究蛋白质功能至关重要。
通常通过实验方法如X射线晶体学、核磁共振等获得蛋白质结构。
此外，还可以利用计算方法预测蛋白质的二级结构和三级结构。
常用的结构分析方法包括蛋白质结构比对、分子模拟等。
3.功能分析蛋白质功能是指蛋白质所具有的生物学功能，如催化反应、运输物质、信息传递等。
功能分析通过研究蛋白质的序列和结构，以及模拟蛋白质与其他生物分子的相互作用，来理解和预测蛋白质的功能。
常用的功能分析方法包括结构-功能关系预测、生物分子对接等。
二、蛋白质预测方法1.序列预测蛋白质序列预测是指通过分析蛋白质的氨基酸序列，预测其结构和功能。
常见的序列预测方法包括序列比对、Motif和Domain预测、蛋白质家族预测等。
这些预测方法可以通过比对已知蛋白质序列数据库，找出与待研究蛋白质相似的序列，从而推测其结构和功能。
2.结构预测蛋白质的三级结构是指蛋白质的原子级结构，包括蛋白质中氨基酸残基的空间排列。
结构预测是通过计算方法来预测蛋白质的三级结构。
常用的结构预测方法包括亚氨基酸残基建模、蛋白质折叠模拟等。
这些方法通过计算蛋白质中氨基酸之间的相互作用力和空间约束，来预测蛋白质的三级结构。
3.功能预测蛋白质功能预测是通过研究蛋白质的结构和序列，来预测蛋白质所具有的生物学功能。
常用的功能预测方法包括结构-功能关系预测、蛋白质分子对接等。
BIOINF_蛋白质序列分析
蛋白质序列分析电子科技大学 生命科学与技术学院 生物信息学中心周鹏博士/副教授理化性质: 分子量、等电点、氨基酸组成等结构分析：一级结构、二级结构、三级结构功能预测：motif、domain、信号肽、跨膜区、亚细胞定位、GO等一、蛋白序列的获得1. 基因序列翻译推导得到2. 氨基酸测序（多肽）得到3. 双向电泳、质谱分析得到4. 数据库得到SRS（Sequence Retrieval System )序列检索系统胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP)二、蛋白质理化性质分析三、蛋白质结构分析（一）、二级结构预测二级结构。
– α螺旋，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，每轮卷曲的螺旋包含3.6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和位于它后面的第4个残基上的羰基氧彼此之间形成氢键。
这种氢键大致与螺旋轴平行。
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。
– 不同的氨基酸对α螺旋形成的影响是不同的。
– β折叠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。
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。
－无规则卷曲（randon coil)无规则卷曲或称卷曲(coil)，泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段。
实际上这些区段大多数既不是卷曲，也不是完全无规的，虽然也存在少数柔性的无序片段。
它们也像其他二级结构那样是明确而稳定的结构。
它们受侧链相互作用的影响很大，经常构成酶活性部位和其他蛋白质特异的功能部位如许多钙结合蛋白中结合钙离子的EF 手结构（E-F hand structure)的中央环二级结构预测面临的困难二级结构在不同的溶剂环境中构象可能会不同同一肽段在不同的蛋白质中的结构也不一样预测序列模体和结构域都是通过对相关蛋白质的多序列比对分析而获得的– 线性模体(Linear motif)，较短的特定序列模式。
蛋白质序列分析及其应用
蛋白质序列分析及其应用蛋白质序列分析是生物信息学领域的一个重要研究方向，它通过计算和比较蛋白质的氨基酸序列，揭示蛋白质的结构、功能和进化的信息。
蛋白质序列分析的应用广泛，包括预测蛋白质结构、功能注释、蛋白质家族分类、药物设计等。
本文将简要介绍蛋白质序列分析的方法和应用。
一、蛋白质序列分析的方法1.氨基酸组成分析：通过计算蛋白质序列中各种氨基酸的相对数量，可以了解蛋白质的氨基酸组成，比较不同蛋白质之间的差异和相似性。
2.序列比对分析：序列比对是蛋白质序列分析的基础工具，可以找到序列之间的相似区域，并推测彼此之间的进化关系。
常用的序列比对方法有全局比对、局部比对和多序列比对等。
3.蛋白质结构预测：蛋白质结构预测是蛋白质序列分析的核心任务之一、常见的方法包括二级结构预测、三级结构预测和蛋白质折叠模拟等。
4.功能注释：根据蛋白质序列的特征和结构，可以预测蛋白质的功能。
常用的方法包括保守区域分析、功能域识别和模式等。
5.蛋白质家族分类：通过比较蛋白质序列的相似性，可以将蛋白质分为不同的家族或超家族，用于进一步研究蛋白质的结构和功能。
二、蛋白质序列分析的应用1.药物设计：蛋白质序列分析可以为药物设计提供重要的信息。
通过分析蛋白质序列的结构和功能，可以预测药物与目标蛋白质之间的相互作用，优化药物的设计。
2.疾病预测与诊断：蛋白质序列分析可以帮助预测蛋白质的功能异常和突变，从而预测患者的疾病风险和诊断结果。
3.进化研究：通过比较不同物种的蛋白质序列，可以推测它们之间的进化关系。
这有助于了解物种的进化历史和基因家族的起源。
4.蛋白质工程：通过分析蛋白质序列和结构，可以对蛋白质进行工程改造，使其具有更好的特性和功能，用于生物工艺和生物医药等领域。
5.新蛋白质发现：通过对未知蛋白质序列的分析，可以发现新的蛋白质，并探索其结构和功能，为新药物和生物材料的开发提供新思路。
三、现阶段的挑战和发展方向尽管蛋白质序列分析已经取得了很大的进展，但仍面临一些挑战。
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2、Windows下的软件资源
BioEdit、DNAMAN等。
二、跨膜区分析
1、基于自然存在的跨膜螺旋数据库
Tmbase，可通过进行分析： genome.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/
/software/TMPRED
_form.html
/prosite
2、HITS蛋白质结构数据库
由瑞士ISREC建立的一个蛋白质结构域
数据库。
http://www.isrec.isb-sib.ch/cgibin/hits/hits_index
3 、InterProScan综合分析网站
InterProscan是EBI开发的一套集成的 蛋白质结构域和功能位点数据库。 /interpro/scan.html
综合分析阳性结果并进行一致性校对← ↓ 蛋白质功能预测
一、基于序列同源性分析的蛋白质功 能预测 1、程序的选择 原则：至少80个氨基酸长度范围内具有 25%以上的序列一致性才可能有的显著性意
义。
BLASTP→FASTA→BLITZ(20 ％ ～25 ％)
2、记分矩阵的使用 A、记分矩阵必须和序列匹配的同源性相 对准确 PAM250用于远距离匹配(约25%一致性)
二、基于motif、结构位点、结构 功能域数据库的蛋白质功能预测
1、 PROSITE
2、HITS 3、InterProscan
4、SMART
1、 PROSITE 数据库
由专家根据生物学知识审编的SWISSPROT蛋白质序列中有生物学意义的位 点(sites)、模式(patterns)和轮廓
(profile)建立的数据库
第五章 蛋白质序列分析
第一节 蛋白质基本性质分析 第二节 蛋白质功能预测
第三节 蛋白质结构预测
第四节 蛋白质分子进化分析
第一节 蛋白质基本性质分析
一、疏水性分析
二、跨膜区分析 三、前导肽和蛋白质定位
四、卷曲螺旋分析
一、疏水性分析
1、ExPASy的ProtScale程序
/cgi-bin/protscale.pl
4、简单模块构架搜索工具
EMBL建立的简单模块构架搜索工具
(Simple Modular Architecture Research Tool， SMART）
http://smart.embl-heidelberg.de/
第三节 蛋白质结构预测
一、蛋白质结构资源 二、蛋白质二级结构预测 三、蛋白质三级结构预测
我已经观察到了己知结构蛋白质结构中的折
叠方式，我的序列是否也能够折叠为此种方 式？ →1000种
2、同源模建
http://www.expasy.ch/swissmod/SM_TOP PAGE.html
序列对结构数据库进行比较→进行对齐分析
→和已知结构“穿针引线” →分子模建
(molecular modeling)
PAM40用于同源性较低的相关蛋白
BLOSUM62用于常规分析 B、不同记分矩阵能更好揭示保守区域。
3、选择所检索的数据库 SWISS-PROT PDB OWL综合性蛋白质序列数据库 (/bsm /dbbrowser/OWL/owl_blast.html) 。
够直接从序列中预测。 /links.htm
第二节 蛋白质功能预测
主要有两个策略进行： 一、同源序列分析
二、功能区相关的保守序列特点分析
目的蛋白是否和功能已知蛋白相似?→ ↓ 分析目的蛋白的跨膜 螺旋、卷曲螺旋和导肽 → ↓ 目的蛋白是否含有保守的序列特征？→ 搜索PROSITE 数据 搜索Blocks、 PRINTS数据→
→
rasmol程序观察。
第四节 蛋白质分子进化分析
一、蛋白质分类数据库(ProtoMap) 二、蛋白质序列多重对齐分析及进化分析
（略）
一、蛋白质分类数据库(ProtoMap)
是对SWISS-PROT数据库中的全部蛋白质
由计算机自动进行层次分类，把相关者聚
集分组所得到的数据库。
http://www.protomap.cs.huji.ac.il/
2、软件分析： DNAMAN等
预测的跨膜螺旋
三、前导肽和蛋白质定位
1、信号肽分析
http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/ 2、亚细胞定位分析
/nnpsl/nnpsl_mult.cgi
四、卷曲螺旋分析
α-螺旋的卷曲螺旋(coiled-coils)排列方式能
PHD程序提供了从二级结构到折叠方面分析
的多种资源。
http://www.emblheห้องสมุดไป่ตู้delberg.de/predictprotein/predictprotein.html
三、蛋白质三级结构预测
1、穿针引线(threading) 原理 所有可能的蛋白质形状中哪个适应于我的序 列? →成千上万种可能
structural classification of proteins，SCOP
是对己知的蛋白质三维结构进行手工分类得 到的数据库。可以分析查询蛋白质是否和已 知结构蛋白质具有相似性。 /scop/
二、蛋白质二级结构预测
1、基于单一序列的分析——成功率不高 2、基于多重序列对齐的分析
一、蛋白质结构资源
1、PDB (Protein Data Bank)数据库
数据库的管理者是结构生物信息学合作 研究组织（Research Collaboration for
structural Bioinfomatics，RCSB，
) 。
2、蛋白质结构分类数据库(SCOP)