蛋白质和核酸序列比对的基础和应用
实验二-核酸及蛋白质序列的比对教学教材
实验二-核酸及蛋白质序列的比对实验二核酸及蛋白质序列的比对姓名：班级：序号：指导老师：一、实验内容利用检索出的蛋白质和核酸序列进行序列比对并进行分子进化树分析。
二、实验步骤键入上次实验获得的phyA的核酸序列编号（NM_100828），获得核酸及蛋白质序列。
利用blastx程序寻找与phyA蛋白质序列相似性的序列→选择下列序列：sorghum propinquum（高粱）；zea mays（玉米）；水稻；大豆；arabidopsis thaliana（拟南芥）；cyrtosia septentrionalis（血红肉果兰）→点击get select sequence按钮显示序列为纯文本格式文件→分别命名为各自的文件名保存在本地电脑上备用。
在数字基因网/找到dnaman及clustalx软件安装并进行多序列比对及分子进化树分析。
利用ebi上提供多序列比对工具再作一次比对/clustalw/。
选作核酸序列的比对5、打开ncbi主页点击BLAST→学习网页左侧的BLAST FAQS及program guide三、作业1、绘制分子进化树，并标明各个物种phyA蛋白之间的序列相似性。
2、根据你所学生物分类的知识，试解释该分子进化树的合理性①拟南芥：植物界种子植物门被子植物门双子叶植物纲十字花目十字花科鼠耳芥属（拟南芥属）②大豆：植物界种子植物门被子植物亚门双子叶植物纲豆目蝶形花科大豆属③血红肉果兰：植物界种子植物门被子植物亚门百合纲百合目兰科树兰亚科肉果兰属④水稻：植物界种子植物门被子植物亚门单子叶植物纲禾本目禾本科稻属⑤玉米：植物界种子植物门被子植物亚门单子叶植物纲禾本目禾本科玉米属⑥高粱：植物界种子植物门被子植物亚门单子叶植物纲禾本目禾本科高粱属经过对比可得下列同源性关系高粱玉米水稻拟南芥大豆血红肉果兰与前面的同源树对比基本相似，说明软件分析结果与实际相符3、找出一条可能的保守序列（多条蛋白共同的氨基酸序列）。
核酸和蛋白质序列比对与序列特征分析
核酸和蛋白质序列比对与序列特征分析写在前面，其中的一些具体原理包括算法以后或许会详细添加。
主要参考主源自李霞老师主编《生物信息学理论与医学实践》，陈铭《生物信息学》，冯世鹏《实用生物信息学》，冉隆科《生物信息学最佳实践》，沈百荣《深度猜测徐数据的生物信息学分析及实例》等，还有可获得开放资源。
序列比对包括序列之间的比较分析和序列组成和特征分析。
0️⃣序列比对(sequence alignment)的概念1️⃣序列获取：•序列获取(1):DNA•序列获取(2):RNA•序列获取(3):蛋白质2️⃣双序列比对•双序列比对算法及数据库•BLAST详细操作:web版和linux版3️⃣多序列比对•1 多序列比对(1):简介•2 多序列比对方法•3 常用工具和数据库4️⃣核酸序列基本信息和特征信息分析•0 DNA序列基本信息分析（组分分析和序列转换）•1 基因开放阅读框的识别•2 核酸序列特征分析(2):CpG岛预测•3 启动子区域和转录终止信号预测•4 内含子/外显子剪切位点的识别（外显子组成和可变剪切）•5 序列motif的查找和可视化工具•6 密码子使用模式的分析•7 限制性内切酶位点分析•8 重复序列的查找5️⃣蛋白质序列基本和特征信息以及结构分析•1 蛋白质基本信息分析(氨基酸组成，理化性质，亲疏水等•2蛋白质的特征信息1:跨膜结构分析•3蛋白质的特征信息2:信号肽的预测和识别•4蛋白质的特征信息3:卷曲螺旋预测6️⃣蛋白质的功能信息分析•1蛋白质序列的功能信息分析1:基于蛋白质基序•2蛋白质序列的功能信息分析2:基于蛋白质结构域domain和功能位点分析•3蛋白质序列的功能信息分析2:基于蛋白质同源性。
核酸与蛋白质序列分析
光学测序技术利用光信号的变化来检测DNA或RNA序列， 具有高分辨率和高灵敏度等优点，是未来测序技术的重要 发展方向。
人工智能在序列分析中的应用
序列比对
人工智能算法能够快速准确地比对新序列与已知序列之间的相似 性和差异性，有助于发现新的基因和变异。
结构预测
人工智能可以预测蛋白质的三维结构，有助于理解蛋白质的功能和 相互作用机制Maxam-Gilbert和Sanger的DNA测序方法，以及 primer extension method等。这些方法可以提供核酸序列 的精确信息，但通量较低。
下一代测序（NGS）
随着技术的发展，出现了高通量的下一代测序技术，如 Illumina、SOLiD、Ion Torrent和PacBio等。这些技术可以 同时测定大量核酸序列，大大提高了测序速度和通量。
诊断标志物筛选
基于蛋白质序列分析，筛选与疾病相关的生物标志物，用于疾病的早期诊断和预后评估。
04
序列分析的挑战与未来发展
高通量测序技术的局限性
成本高昂
01
尽管高通量测序技术已经显著降低了测序成本，但仍相对昂贵，
限制了其在某些领域的应用。
数据解读难度大
02
高通量测序产生的数据量庞大，需要专业的生物信息学分析方
顺序。
酶降解法
利用特定的酶将蛋白质分解为肽段， 再测定各肽段的氨基酸序列。
自动测序法
利用特定的仪器自动进行蛋白质的 测序，如质谱仪和液相色谱仪等。
蛋白质的变异与修饰
基因突变
由于基因突变导致蛋白质合成过程中出现氨基酸 替换或缺失，从而影响蛋白质的功能。
磷酸化
蛋白质上的特定氨基酸残基被磷酸化，影响蛋白 质的活性、定位和稳定性。
核酸与蛋白质生物计量关键技术及基标准体系创建和应用
核酸与蛋白质生物计量关键技术及基标准体系创建和应用大家好，今天我们来聊聊一个非常有趣的话题：核酸与蛋白质生物计量关键技术及基标准体系创建和应用。
让我们来解释一下这个话题的背景。
在生物学、医学、食品科学等领域，我们需要对核酸和蛋白质进行定量分析，以便更好地了解它们的结构和功能。
而这些分析结果需要有一个统一的标准体系来进行比较和评估。
因此，研究核酸与蛋白质生物计量关键技术及基标准体系创建和应用就显得尤为重要。
核酸和蛋白质到底是什么呢？简单来说，核酸是生物体内携带遗传信息的分子，包括DNA和RNA两种类型；而蛋白质则是生物体内发挥各种功能的大分子，如酶、抗体、肌红蛋白等。
它们在生物体内的组成和作用非常复杂，因此对其进行定量分析也是一项非常具有挑战性的任务。
为了解决这个问题，科学家们开发出了一些关键技术。
其中之一就是高通量测序技术。
这种技术可以快速地测定大量的核酸序列，从而获得有关其结构和功能的信息。
另一个关键技术是质谱法。
这种方法可以通过测量蛋白质分子的质量和电荷来确定其种类和浓度。
还有一些其他的方法，如荧光光谱法、红外光谱法等，也可以用于核酸和蛋白质的定量分析。
除了这些关键技术之外，还需要建立一套基标准体系来进行定量分析的结果比较和评估。
这个体系需要包括一系列已知浓度的标准品，以及对应的计算方法和参考值。
只有这样才能确保不同实验之间的结果具有可比性和可靠性。
现在，让我们来看看核酸与蛋白质生物计量关键技术及基标准体系创建和应用在实际生活中的应用吧！比如说，在医学领域中，医生们可以使用这些技术来检测患者体内的病毒或细菌感染情况；在食品科学领域中，研究人员可以利用这些技术来评估食品中的营养成分含量；在环境科学领域中，科学家们可以用这些技术来监测大气中的污染物含量等等。
核酸与蛋白质生物计量关键技术及基标准体系创建和应用已经成为了现代科技发展的重要组成部分。
我想说的是，虽然这篇文章使用了比较多的专业术语和技术名词，但其实它也是可以用通俗易懂的方式来表达的。
生命科学中的蛋白质与核酸相互作用机制研究
生命科学中的蛋白质与核酸相互作用机制研究生命科学是一门研究生物体及其生命现象的学科，其中的蛋白质与核酸相互作用机制研究属于其中的重要领域。
蛋白质与核酸是生命体系中最为基础和常见的大分子，两者之间的相互作用可谓是生命功能调控的基础。
本文将从以下几个方面进行介绍与探讨。
一、蛋白质与核酸的概念及其结构蛋白质和核酸都是生命体系中最为重要的分子。
蛋白质是由氨基酸组成的多肽，它们在体内担任着各种结构、传递、催化以及调控功能的重任。
而核酸是生命体系中的遗传物质，形成了DNA和RNA两种不同类型的核酸，DNA负责存储遗传信息，而RNA负责将遗传信息转化为具体的功能。
蛋白质与核酸的结构也是二者相互作用的基础。
蛋白质的结构分为四个层次：一级结构指蛋白质中氨基酸的化学序列，二级结构指蛋白质在局部呈现的空间结构，常见的包括a-螺旋和b-片层，三级结构指蛋白质整体的空间结构，包括局部折叠和全局折叠，四级结构指由多个蛋白质组成的复合物。
核酸的结构也具有大的类似性。
DNA分子大部分呈现出螺旋形状，通过镶嵌在螺旋内的氢键和VanderWaals力来保持稳定。
RNA的结构则有更多的变化，可以是线性或环形结构，提供了诸如催化反应和调控遗传信息等功能。
二、蛋白质与核酸的相互作用在生命系统中，蛋白质与核酸之间的相互作用可以体现出多种生物过程，如DNA复制、转录和翻译、RNA修饰、RNA剪切以及蛋白质的折叠和降解等。
其中，DNA复制是生命系统中最为基础和重要的过程之一，它需要依靠DNA聚合酶和其他辅助因子来实现。
在DNA复制过程中，DNA聚合酶能够在模板链上识别特定的配对碱基并合成新的链，一旦出现错配会被修复酶进行纠错。
复制完成后，两个完全相同的双链DNA分子得以产生。
RNA转录也是生命系统中非常重要的过程，它可以从DNA模板中复制一份RNA分子，并且有着诸多的调控机制。
转录过程中，RNA聚合酶沿着DNA模板链滑动，在核酸序列上拼接RNA，以此形成RNA多肽序列。
序列比对的用途
序列比对的用途序列比对是从多个生物信息学应用领域中提取的一项重要技术，常用于解决与基因、蛋白质、DNA和RNA等相关的数据比对和序列分析问题。
通常，比对是在两个或多个相似序列之间执行的，以检测其中的相似和差异。
序列比对可以用于许多生物信息学应用领域，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、分子进化、结构生物学等领域。
确定跨物种相似性：序列比对技术广泛应用于进化研究中，可以用于比较不同物种之间的序列相似性。
比如说，人类基因组计划（HGP）就利用序列比对技术比较了人类自身的基因组与其他物种的基因组，以及不同人之间的基因组之间的相似度及差异性。
这种比对可以为不同物种之间的相互关系提供证据，还可以有助于确定两个彼此分离的物种的进化关系，特别是对于没有其他更直接的证据（如化石记录）的物种而言。
判断一致或变异：序列比对技术在疾病研究中也广泛应用。
通过比较正常组织和癌细胞的基因组重排、单核苷酸多态性（SNP）等信息的差异，可以确定这些变异可能会影响基因表达和活动，进而有助于诊断和治疗特定类型的肿瘤等疾病。
寻找序列重复：序列重复指一段序列在相同DNA或RNA的其他地方或在不同物种中存在重复。
识别重复序列的能力对于基因组学研究尤为重要，因为它可以揭示基因组大型重排和进化的许多方面，特别是在物种间比较时。
重构进化关系：序列比对技术还可以用于按照相对进化历史重建物种间相互关系的研究。
可以通过比较DNA或蛋白质序列来确定不同物种之间的关系，因为不同物种之间的遗传信息是经过长时间的进化演变而相互分散和改变的。
确定序列的功能：序列比对技术还可以帮助预测新的生物序列在系统中的功能。
通过与已知功能相似的已知序列比较，从而改进功能的预测。
特别是在人类基因组项目这类大型生物信息学项目中，它已经成为重要的一部分。
总之，序列比对技术在生物信息学中有着广泛的应用，它可以帮助生物学家更好地理解不同生物之间的关系以及在实际中如何开发更好的治疗措施。
蛋白质序列比对
蛋白质序列比对蛋白质序列比对是生物信息学领域中的一项重要技术，是分析和理解蛋白质功能及演化关系的关键手段。
在蛋白质序列比对中，通过将不同蛋白质序列进行比对，发现它们之间的相似性和差异性，进而推断它们之间可能存在的共同祖先以及演化历程。
本文将对蛋白质序列比对的原理、方法及应用进行详细介绍。
一、蛋白质序列比对的原理蛋白质序列比对的原理是将两个或多个蛋白质序列进行比较，并找出它们之间的相同或相似的部分。
蛋白质序列比对的基本思想是根据它们的氨基酸序列相似性来推断它们之间的同源性和演化关系。
在蛋白质序列比对中，一般通过计算不同蛋白质序列之间的匹配得分来评估它们之间的相似性。
匹配得分是指在相同的位置上出现相同的氨基酸所得到的分数，而不同位置上出现不同氨基酸的得分则为不匹配得分。
匹配得分越高，说明相同位置上的氨基酸越多，相似性越高。
不匹配得分越低，说明不同位置上的氨基酸越少，相似性越高。
在蛋白质序列比对中常常用到的方法包括全局比对和局部比对。
全局比对是将整个蛋白质序列进行比对，适用于相似性较高的序列比对。
局部比对则是将蛋白质序列中较短的区域进行比对，适用于相似性较低的序列比对。
在进行蛋白质序列比对时，同时需要考虑序列长度、序列特征、突变率等因素。
二、蛋白质序列比对的方法1、精确比对方法精确比对方法是指根据序列相同的部分进行比对并得出匹配得分。
其中最常用的方法包括Needleman-Wunsch算法和Smith-Waterman算法。
Needleman-Wunsch算法是一种全局比对算法，其基本思想是基于动态规划方法将两个蛋白质序列进行比对，通过计算匹配得分推断它们的相似性。
该算法的核心是构建一个m×n的得分矩阵，并在矩阵中进行搜索，以求得最优匹配路径。
Smith-Waterman算法是一种局部比对算法，与Needleman-Wunsch算法相似，但它将注意力集中在两个序列中的相似性最高处，从而得到更精细的匹配结果。
核酸蛋白序列比对分析
核酸\蛋白序列比对分析生物技术02级021402198 曾彪摘要生物信息学——是一门新兴的交叉学科，是采用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列等各种生物信息的采集、存储、传递、检索、分析和解读的科学，是现代生命科学与计算机科学、数学、统计学、物理学和化学等学科相互渗透而形成的交叉学科。
核酸与蛋白质序列分析是生物信息学的基本研究方法。
核酸与蛋白质序列分析是生物信息学的基本研究方法。
关键词核酸/蛋白质序列分析生物信息数据与查询序列比较DNA芯片质谱隐马尔可夫模型正文人类基因组计划完成了人类基因组的测序与分析工作，也积累了大量的核酸和蛋白质序列数据，从而导致了分子数据库的建立。
分子生物学家在此基础上依靠计算机进行核酸和蛋白质序列分析。
大量生物学实验的数据积累，形成了当前数以百计的生物信息数据库。
它们各自按一定的目标收集和整理生物学实验数据，并提供相关的数据查询、数据处理。
这些生物信息数据库可以分为一级数据库和二级数据库。
一级数据库的数据都直接来源于实验获得的原始数据，只经过简单的归类整理和注释；二级数据库是在一级数据库、实验数据和理论分析的基础上针对特定目标衍生而来，是对生物学知识和信息的进一步整理。
国际上著名的一级核酸数据库有Genbank数据库、EMBL核酸库和DDBJ库等；蛋白质序列数据库有SWISS-PROT、PIR等；蛋白质结构库有PDB等。
国际上二级生物学数据库非常多，它们因针对不同的研究内容和需要而各具特色，如人类基因组图谱库GDB、转录因子和结合位点库TRANSFAC、蛋白质结构家族分类库SCOP等等。
要在如此庞大的数据库中找到所需要的目标序列，必须建立数据库查询系统。
数据库查询（也称为数据库检索）是指对序列、结构以及各种二次数据库中的注释信息进行关键词匹配查找。
常用的数据库查询系统有Entrez, SRS等。
数据库搜索是指通过特定的序列相似性比对算法，找出核酸或蛋白质序列数据库中与检测序列具有一定程度相似性的序列。
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核糖核苷酸 4种
体
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蛋白质 C、H、O、N S（一般）
几千~几百万 氨基酸
氨基酸 20 种
分子结构 分布 合 主要场所
反应名称 成 可能参与的酶 种类 多样性 主要功能
鉴定试剂
一般是反向平行的双螺旋 一般为单链结构
氨基酸→多肽链→空
结构
间结构→蛋白质分子
主要在细胞核中，线粒体、 主要在细胞质中，叶绿体、 广泛分布在细胞中
叶绿体、质粒中也有分布 线粒体、核糖体中也有分
布
主要在细胞核中合成
主要在细胞核中合成
均在核糖体合成
聚合（DNA 复制、逆转录） 聚合（转录、RNA 复制） 缩合反应（翻译）
DNA 解旋酶、DNA 聚合酶、 DNA 解旋酶、RNA 聚合酶 酶
DNA 连接酶、逆转录酶等
核 DNA、质 DNA
mRNA、tRNA、rRNA
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蛋白质和核酸的比较 核酸(DNA 和 RNA)、蛋白质、多糖和脂质是组成生物体的 4 类生物大分子， DNA 是 生物体中信息的原初戴队 DNA 通过复制使遗传信息由亲代流向子代， 通过转录节特定基因 的遗传信息转换成相应的指令--mRNA, 后者指导氨基酸按一定的顺序连接成特定的多肽 ， 然后折叠成相应的蛋白质 。蛋白质是遗传信息的体现者 。.核酸和蛋白质合成代表生命活 动中遗传信息流动的主线 ，,它驾驭生命活动的进行。.核酸和蛋白质的高聚物特性正是实现 这种信息流动的基础,核酸分子的骨架是由核苷酸通过 3',5'-磷酸二酯键连接成的多核苷酸 链。,核苷酸是其单体 。.构成 DNA 和 RNA 的分别是 4 种脱氧核糖核苷酸和核糖核昔酸 。. 不同的核糖核苷酸(和脱氧核糖核苷酸)的区别在于其碱基的差异。蛋白质分子的骨架是由 20 种氨基酸通过肽键连接成的多肽链。.20 种氨基酸的区别在于其侧链(R 基)的差异.这就极大 地简化了遗传信息的转化，,使其成为 4 种核苷酸和 20 种 α-氨基酸连接顺序间的转换,亦即 核酸语言转换成了蛋白质语言.在转录中，,DNA 的碱基顺序决定了新合成的 mRNA 的碱基顺 序，,这是遗传指令的发送.在翻译中，,mRNA 上的碱基顺序规定了新合成的多肤链的氨基酸 顺序，,而氨基酸侧链的结构和性质则决定了多肽链可折叠成的稳定构象和形成相应的功能。. 这是指令转换为功能的过程。
蛋白质与核酸的结构与功能研究
蛋白质与核酸的结构与功能研究在生物学中，蛋白质和核酸是两种至关重要的有机分子。
它们的特定结构和功能对细胞和生物体的生存、生长和繁殖都有着重要影响。
因此，对蛋白质和核酸的结构和功能进行深入研究对于生物科学的发展有着重要作用。
一、蛋白质的结构蛋白质在细胞内发挥着诸多重要的生物学功能，例如催化化学反应、传递、结构支撑、运输、调节等。
在现代生物学中，我们将蛋白质按照其层级结构划分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 一级结构一级结构指蛋白质的氨基酸序列。
它由一系列氨基酸组成，每个氨基酸都有一条侧链，这条侧链决定了氨基酸的性质和功能。
一级结构是蛋白质结构的最基本的层次。
2. 二级结构二级结构是由氢键形成的一种特定的结构。
这些氢键在蛋白质的氨基酸序列中，让某些区域形成轻微的折叠和卷曲。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠片。
大多数蛋白质需要进行这种层次的折叠才能拥有正常的功能。
3. 三级结构三级结构是蛋白质的立体结构层次，它由构成蛋白质的氨基酸序列所决定。
在一级和二级结构确定的情况下，氨基酸序列开始折叠，使得不同的氨基酸残基靠近形成不同的立体构型，从而形成三级结构。
一个蛋白质的三级结构描述了这个蛋白质中的所有原子的位置。
4. 四级结构四级结构是指一些蛋白质分子由两个或多个蛋白质链组合而成的复合体结构。
多肽链中的每一个链都是一个单独的蛋白质，每个链之间通过非共价键相互连接，从而形成了一个更高层次的结构。
二、蛋白质的功能蛋白质在细胞内扮演着重要角色，其结构和功能是密不可分的。
蛋白质的功能多种多样，以下简单介绍几种常见的：1. 催化催化是蛋白质最重要的功能之一。
这是因为细胞中的大多数化学反应都是由酶所催化的，而酶就是一种特殊的蛋白质。
酶能够在化学反应中运用其催化活性，从而使得化学反应可以以更高的速度发生。
2. 传递许多蛋白质可以在细胞内传递信息。
例如，激素就是一种传递信息的蛋白质。
它们可以在不同的器官间传递特定的信息，以调节生物体的体内环境。
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蛋白质和核酸序列比对的基础和应用
序列比对是生物信息学中的基本问题之一。
生物学中，各种生物体的遗传材料
都是由由核酸序列组成的基因组。
这些核酸序列对于生物的基因表达和功能非常重要，但是它们的信息密度比较低，很难从中获得有意义的信息内容。
因此，生物学家们研究出了一种对这些序列进行分析的办法，称之为序列比对。
这种方法通过比较不同样本的序列，从中发现这些序列之间的共性和差异，进而推断出生物之间的关系，以及各种基因的功能和特征。
序列比对的基础
序列比对的基本思路是将两个或多个序列进行比较，从中寻找相同的部分。
根
据两条序列中相同碱基的数量以及它们的位置关系，我们可以推断出这些序列之间的相似程度。
然而，由于生物的基因组非常复杂，以及数据量过大，使得这种序列比对方式
很难通过简单的手工方法进行。
因此，生物学家们研究出了一系列的比对算法，用于通过计算机程序实现。
目前，序列比对算法主要分为两类，即全局比对和局部比对。
全局比对是将两条或多条序列的全部碱基进行比较，通常用于比较两个相似的
序列，以确定它们之间的相同区域。
而局部比对则是通过寻找两条序列之间的局部匹配来发现它们之间的相似之处。
在处理大量的生物序列时，局部比对比全局比对更加高效。
应用
序列比对在生物研究中有着广泛的应用。
首先，它可以揭示不同生物之间的遗
传关系。
通过比较物种之间的基因组，我们可以推断出它们之间的相似性和差异性，从而建立起一种生物分类的方法。
其次，序列比对也可以用于研究个体之间的遗传关系。
通过比较不同个体的基
因组，我们可以了解它们之间的遗传距离，从而推断出不同个体之间的亲缘关系，或者是寻找其它与生物体性状相关的基因。
此外，序列比对还可以用于研究蛋白质的结构和功能。
蛋白质是生命体中最基
本的组成成分之一，其结构和功能非常复杂。
通过对蛋白质的序列进行比对，我们可以发现它们之间的共同特征，从而了解蛋白质的折叠结构和功能。
总结
序列比对是生物信息学中的一个非常重要的分支。
它通过比较不同的核酸序列
和蛋白质序列，揭示了生物之间的遗传关系，帮助生物学家们更好地理解生命的本质。
同时，它还可以应用于医学研究和药物设计等领域，有着广泛的应用前景。