蛋白质结构与功能预测8

蛋白质结构与功能分析 动物科技学院 贾斌 2 3 蛋白质结构分析主要内容 蛋白质结构预测过程 4 ORF翻译 实验数据 蛋白质序列 蛋白质理化性质和一级结构 数据库搜索 结构域匹配 已知结构的同源蛋白 三维结构模型 可用的折叠模型 5 ExPASy ExpertProteinAnalysisSystem Toolshttp expasy org tools 6 一 蛋白质理化性质分析使用工具 Protparam二 跨膜区分析使用工具 TMpred三 二级结构分析使用工具 PredictProtein四 结构域分析使用工具 InterProScan五 蛋白质三级结构分析使用工具 SWISS MODEL SWISS PdbViewerprotein txt 学习内容 7 一 蛋白质基本理化性质分析 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 8 蛋白质理化性质分析工具 9 ProtParam工具简介 基于蛋白质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 计算以下物理化学性质 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 10 主要选项 参数 如果分析SWISS PROT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 将protein txt蛋白质序列粘贴在文本框中 11 返回结果 氨基酸数目 相对分子质量 理论pI值 氨基酸组成 正 负电荷残基数 12 消光系数 半衰期 原子组成 分子式 总原子数 E Prot Num Tyr Ext Tyr Num Trp Ext Trp Num Cystine Ext Cystine proteinsinwatermeasuredat280nm Ext Tyr 1490 Ext Trp 5500 Ext Cystine 125Absorb Prot E Prot Molecular weight 13 不稳定系数 脂肪系数 总平均亲水性 40unstable 注意 ProtParam没有考虑蛋白质翻译后修饰 蛋白质多聚体等情况 故用户在预测和分析此类特定蛋白质的基本理化性质时需要仔细审视反馈结果 a TypeImembraneprotein b TypeIImembraneprotein c Multipasstransmembraneproteins d Lipidchain anchoredmembraneproteins e GPI anchoredmembraneproteins 14 二 蛋白质跨膜区分析 典型的跨膜螺旋区主要是由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 疏水量和蛋白质跨膜区每个氨基酸的统计学分布偏好性 15 蛋白质跨膜区特性 跨膜蛋白序列 边界 原则 胞外末端 Asp 天冬氨酸 Ser 丝氨酸 和Pro 脯氨酸 胞外 内分界区 Trp 色氨酸 跨膜区 Leu 亮氨酸 Ile 异亮氨酸 Val 缬氨酸 Met 甲硫氨酸 Phe 苯丙氨酸 Trp 色氨酸 Cys 半胱氨酸 Ala 丙氨酸 Pro 脯氨酸 和Gly 甘氨酸 胞内 外分界区 Tyr 络氨酸 Trp 色氨酸 和Phe 苯丙氨酸 胞内末端 Lys 赖氨酸 和Arg 精氨酸 16 17 常用蛋白质跨膜区域分析工具 18 Tmpred工具简介 TMpred工具 http www ch embnet org software TMPRED form html依靠跨膜蛋白数据库TMbase预测跨膜区和跨膜方向 19 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 输出格式 最短和最长的跨膜螺旋疏水区长度 输入序列名 可选 选择序列的格式 贴入protein txt蛋白质序列 20 输出结果 包含四个部分可能的跨膜螺旋区相关性列表 可能的跨膜螺旋区 位置 分值 片段中点位置 21 跨膜拓扑模型及图示 建议的跨膜拓扑模型 最优拓扑结构 22 http www cbs dtu dk services TMHMM 2 0 TMHMM 23 24 25 三 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PHD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 26 蛋白质二级结构分析工具 27 蛋白质二级结构分析工具 续 28 PredictProtein工具简介 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 用户需要注册ID 验证E mail后 才能使用PredictProtein工具 如何使用PredictProtein工具 29 PredictProtein提交界面 将protein txt蛋白质序列粘贴在文本框中 32 PredictProtein分析方法简介 分析方法 重要的算法 PROFsec 螺旋 折叠等基本二级结构预测 PHDhtm 典型跨膜螺旋区预测 ProSite 特征Motif识别方法 DISULFIND 二硫键的寻找方法 33 PredictProtein分析方法详解 PredictProtein分析结果详解 34 ProSite模体搜索结果 N端糖基化位点 二硫键位置预测结果 36 置信度 二硫键位置 PHD跨膜螺旋区预测结果 37 跨膜螺旋区 非跨膜螺旋区 PHD算法预测得到的跨膜区 位置 综合上面2种方法的PHD算法预测 PROF二级结构预测结果 38 螺旋结构 片层结构 无规则卷曲 观测到的结果 PROF预测结果 概率图示 39 四 蛋白质结构域预测 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单条蛋白质序列可以包含一个或多个结构域 基本类型 40 折叠 折叠 折叠 折叠 41 蛋白质结构域数据库 42 蛋白质结构域数据库 续 InterPro数据库简介 InterPro http www ebi ac uk interpro InterPro数据库由EBI开发 整合蛋白质家族 结构域和功能位点等资源 整合UniProt PROSITE Pfam等12个成员数据库 检索结果准确 InterPro31 0版本包含21185个条目 涵盖5936个结构域 14194个蛋白质家族 45 序列提交框 InterProScan工具简介 InterProScan http www ebi ac uk Tools pfa iprscan 提供在线提交和本地分析工具 Linux系统 分析工具 InterProScan工具结果反馈 46 图形化结果 VisualOutput 以示意图的形式显示保守区和结构域表格式结果 SummaryTable 显示保守区和结构域的具体位置以及蛋白家族信息和GO分类号 保守区示意图 最保守 最核心的区域 48 父家族 子家族 InterPro蛋白家族信息 InterPro蛋白家族信息 续 GO三棵树的功能分类 G蛋白偶联受体 受体活性 在膜通道上 InterPro蛋白家族信息 续 该家族蛋白在不同种类生物体中出现情况 其他家族与该家族的重叠情况 子家族 52 五 蛋白质三维结构预测 53 蛋白质结构预测精度 实验室方法 54 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 重新拟合 构建新的模型 55 56 57 58 60 SWISS MODEL工具简介 SWISS MODEL工具http swissmodel expasy org 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 自动模式 比对模式 工程模式 SWISS MODEL工作模式 62 主要参数 选项 粘贴SWISS MODEL txt中的蛋白质序列 输入用户E mail 选填 63 模型和模板信息 下载pdb格式文件 模板和模型信息 64 比对结果 65 模型评估 从能量学角度评价 反映高低 66 常用蛋白质三维结构观察和修改工具 67 PDB格式文件简介 注释部分 PDB格式文件简介 续 PDB格式文件举例 字段名称 原子序号 原子名称 残基名称 链标识符 残基序号 三维坐标 空间大小 温度因子 原子名称 70 SWISS PdbViewer观察三维模型 SWISS PdbViewer工具http swissmodel expasy org spdbv SWISS PdbViewer主要功能 1 查看使用同源建模法预测的蛋白质结构 2 计算电荷分布 估算易受影响的表面 3 计算并显示不合理的原子接触 氢键 角度 4 人工编辑序列 如氨基酸突变 loop区域重建