蛋白质结构与功能预测.ppt

蛋白质结构与功能预测 2007年12月 DNAsequence Proteinsequence Proteinstructure Proteinfunction 蛋白质序列分析主要内容 ExPASy ExpertProteinAnalysisSystem Tools http expasy org tools 蛋白质理化性质是蛋白质研究的基础蛋白质的基本性质 相对分子质量氨基酸组成等电点 PI 消光系数半衰期不稳定系数总平均亲水性 实验方法 相对分子质量的测定 等电点实验 沉降实验缺点 费时 耗资基于实验经验值的计算机分析方法 1 蛋白质基本理化性质分析 基于一级序列的组分分析氨基酸亲疏水性等分析为高级结构预测提供参考Expasy开发的针对蛋白质基本理化性质的分析 Protparam工具http www expasy org tools protparam html 相对分子质量氨基酸组成等电点 PI 消光系数半衰期不稳定系数总平均亲水性 蛋白质理化性质分析工具 AACompIdent PeptideMass 蛋白质理化性质分析 Protparam工具http www expasy org tools protparam html计算以下物理化学性质 相对分子质量理论pI值氨基酸组成原子组成消光系数半衰期不稳定系数脂肪系数总平均亲水性 主要选项 参数 序列在线提交形式 如果分析SWISS PORT和TrEMBL数据库中序列直接填写Swiss Prot TrEMBLAC号 accessionnumber 如果分析新序列 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列 输入Swiss Prot TrEMBLAC号 分不同的功能域肽段 输出结果 点击不同功能域或是以直接粘贴氨基酸序列的方式得到以下结果 正 负电荷残基数 14 原子组成 分子式 总原子数 不稳定系数 脂肪系数 总平均亲水性 40unstable a TypeImembraneprotein b TypeIImembraneprotein c Multipasstransmembraneproteins d Lipidchain anchoredmembraneproteins e GPI anchoredmembraneproteins 蛋白质亲疏水性 跨膜区分析 蛋白质亲疏水性分析 疏水作用是蛋白质折叠的主要驱动力分析蛋白质氨基酸亲疏水性是了解蛋白质折叠的第一步氨基酸疏水分析为蛋白质二级结构预测提供佐证可用于分析蛋白质相互作用位点 抗原位点预测 预测准确率达56 是分析蛋白质跨膜区重要一步 螺旋跨膜区主要是由20 30个疏水性氨基酸 Leu Ile Val Met Gly Ala等 组成亲水残基往往出现在疏水残基之间 对功能有重要的作用基于亲 疏水量和蛋白质膜区每个氨基酸的统计学分布偏好性量TMpred http www ch embnet org software TMPRED form htmlSOSUI http bp nuap nagoya u ac jp sosui 蛋白质跨膜区分析 常用蛋白质跨膜区域分析工具 TMHMM ProtScale工具http ca expasy org tools protscale html氨基酸标度表示氨基酸在某种实验状态下相对其他氨基酸在某些性质的差异 如疏水性 亲水性等收集56多个文献中提供的氨基酸标度默认值以Hphob Kyte Doolittle做疏水性分析特异性氨基酸标度 如Hopp Woods 1981 针对抗原片段定位 Accessibleresidues 1979 针对氨基酸溶剂可及性定位 Chou Fasman 1978 针对氨基酸二级结构疏水性分析 蛋白质亲疏水性分析 主要选项 参数序列在线提交形式 如果分析SWISS PORT和TrEMBL数据库中序列直接填写Swiss Prot TrEMBLAC号 accessionnumber 如果分析新序列 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列 是否归一化 输出结果输入Swiss Prot TrEMBLAC号 分不同的功能域肽段 所用氨基酸标度信息 分析所用参数信息 输出结果 跨膜区分析 TMpred工具 http www ch embnet org software TMPRED form html预测跨膜区和跨膜方向依靠跨膜蛋白数据库Tmbase 主要参数 选项 序列在线提交形式 直接贴入蛋白序列填写SwissProt TrEMBL EMBL EST的ID或AC 输出结果 包含四个部分可能的跨膜螺旋区相关性列表 跨膜拓扑模型及图示 SOSUI工具 http bp nuap nagoya u ac jp sosui 以图形方式返回结果 需要JavaApplet程序 输入氨基酸单字母 运行 平均疏水值 预测的跨模螺旋区域 两种跨膜Helix 预测区域的螺旋示意图 平均疏水值 预测的跨模螺旋区域 两种跨膜Helix 33 亲疏水轮廓 跨膜蛋白序列 边界 原则 LandoltMarticorenaetal 1993 胞外末端 Asp Ser和Pro胞外 内分界区域 Trp跨膜区 Leu Ile Val Met Phe Trp Cys Ala Pro和Gly胞内 外分界区域 Tyr Trp和Phe胞内末端 Lys和Arg 两股或两股以上 螺旋相互缠绕而形成超螺旋结构存在于多种天然蛋白质中 如转录因子 结构蛋白 膜蛋白中 在生物体内执行着代谢调控 分子运动 膜通道 分子识别等重要的生物功能 37 蛋白质卷曲螺旋域分析 典型的有亮氨酸拉链 存在7残基重复结构 heptadrepeat 以a b c d e f g位置表示 其中a和d位置为疏水性氨基酸 而其他位置残基为亲水性 COILS http www ch embnet org software COILS form htmlPEPCOIL http bioweb pasteur fr seqanal interfaces pepcoil html 蛋白质卷曲螺旋域分析 蛋白质卷曲螺旋预测工具 COILS http www ch embnet org software COILS form htmlCOILS蛋白质卷曲螺旋预测方法基于Lupas算法 是目前主流的卷曲区域预测算法一般滑动窗口的大小采用7的倍数 蛋白质卷曲螺旋分析 选择滑动窗口大小 选择打分矩阵和权重 选择输入格式 选择 SwissProtIDorAC 查询内容 输入 GO45 HUMAN 图形结果 蛋白质二级结构预测 基本的二级结构 螺旋 折叠 转角 无规则卷曲 coils 以及模序 motif 等蛋白质局部结构组件分析方法 基于统计和机器学习方法进行预测Chou Fasman算法GOR算法多序列列线预测基于神经网络的序列预测基于已有知识的预测方法 knowledgebasedmethod 混合方法 hybridsystemmethod 蛋白质二级结构分析工具 蛋白质二级结构分析工具 续 蛋白质二维结构预测 PredictProteinhttp www predictprotein org 可以获得功能预测 二级结构 基序 二硫键结构 结构域等许多蛋白质序列的结构信息该方法的平均准确率超过72 最佳残基预测准确率达90 以上 因此 被视为蛋白质二级结构预测的标准需要注册帐号用于学术研究 PredictProtein提交界面详解 提交邮件地址 必填 蛋白名称 可选 分析方法 分析方法程序详解 跨膜螺旋预测 PHDhtm 专家选项 Ambivalent序列识别 ASP 专家选项 CHOP结构域分析工具专家选项 比对内容 从SWISS PROT数据库返回BLAST搜索结果 MaxHom参数选项 最低序列比对一致性 空位间隔罚分 空位延伸罚分 比对矩阵 最大击中值 选择保存分析结果 是否返回多序列比对结果 HTML结果形式 AGAPE结果 PROF PHD结果形式 以下拉框中所指定的输入格式将待测序列粘贴此提交栏 PredictProtein分析结果 PredictProtein分析结果 结构域分析 结构域是蛋白序列的功能 结构和进化单元分析方法序列比对基于蛋白质家族的位置特异性矩阵或概形矩阵 基本类型 折叠 折叠 折叠 折叠 57 模体 结构域数据库 模体 结构域数据库 蛋白质三维结构预测 同源建模法分析步骤 多序列比对与已有晶体结构的蛋白质序列比对确定是否有可以使用的模板序列相似度 30 序列相似度 30 结合功能 蛋白质一级序列 二级结构或结构域信息构建三维模型三维模型准确性检验Whatcheck程序Ramachandranplot计算检验手工调整多序列比对 重新拟和 构建新的模型 蛋白质三维结构预测 SWISS MODEL工具http www expasy ch swissmod SWISS MODEL html同源建模方法与PDB数据库已知结构的蛋白质序列比对进行预测 主要参数 选项 输出结果 3D PSSM工具http www sbg bio ic ac uk 3dpssm index2 html由英国伦敦帝国理工学院维护 其数据库中含有9864个蛋白折叠结构3D PSSM先用PSI BLAST标准方法通过多序列比对得到轮廓 profile 然后对家族中的一系列成员进行结构比对得出该家族的结构轮廓 接着用线串法将模板结构轮廓和待测蛋白的序列轮廓进行1D 3D轮廓之间的比对 此外也考虑了溶剂可及性和二级结构信息 输入用户Email 必需 蛋白质描述 选填 序列提交框 氨基酸单字母 Phyre http www sbg bio ic ac uk phyre 3d PSSM的升级版 增加了fol