七蛋白质结构预测与功能初步注释 PPT课件

1 Chapter6蛋白质结构预测与功能初步注释 2 蛋白质序列结构信息 1 氨基酸的理化性质分析2 蛋白质的亚细胞定位3 结构域分析4 膜蛋白的跨膜区预测5 蛋白质序列的二级结构预测6 蛋白质序列的三级结构预测 3 确定功能和结构 4 5 蛋白质结构预测问题序列 结构 功能 Gly Ala Glu Phe FUNCTION 通过结构预测其功能 6 结构预测问题 Gly Ala Glu Phe FUNCTION 怎么样获得目标蛋白的空间结构呢 7 解决方法 Gly Ala Glu Phe FUNCTION 利用x射线衍射和核磁共振等实验方法确定蛋白质的空间结构存在成本较高 过程复杂等不足 预测 8 首先从蛋白质的一级结构开始 9 氨基酸按其R基的极性分类 在PH7 10 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 通过传统实验方法研究蛋白质的理化性质 相对分子质量的测定 等电点实验 沉降实验缺点 费时 耗资因此发展了基于实验经验值的计算机分析方法 11 12 滴定曲线 13 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 htmlProtScale工具http www expasy org tools protscale html 14 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 15 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 16 输入Swiss Prot TrEMBLAC号 分不同的功能域肽段 输出结果 Protparam首先探测出目标蛋白中都有哪些功能域 然后分不同的功能域计算其理化参数 17 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 18 19 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50多个文献中提供的氨基酸标度默认值为Hphob Kyte Doolittle 做疏水性分析 蛋白质疏水性分析 20 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 21 22 输出结果输入Swiss Prot TrEMBLAC号 分不同的功能域肽段 23 点击不同功能域或直接粘贴氨基酸序列的方式得到以下结果蛋白质序列疏水区域分布预测图 24 蛋白质的亚细胞定位 25 26 蛋白质的亚细胞定位 实验方法 GFP轰击洋葱表皮细胞瞬时表达 27 28 29 30 最好利用多种预测软件进行预测 然后将结果进行整合 结合已发表的文献数据 结合同源序列搜索的结果 最后预测结果如何判断 31 蛋白质二级结构预测 32 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分析内容 螺旋 折叠等基本结构PHD JPRED PROF PSIpred NNSSP信号位点的分析SignalP PSORT TargetP 胞吞 蛋白转运 33 34 35 36 37 38 39 NNPREDICT http www cmpharm ucsf edu nomi nnpredict html 40 41 结构域分析 结构域是蛋白序列的功能 结构和进化单元 Theconservedmotifsmaybeusedtobuildcharacteristicsignaturesthataidfamilyand orfunctionaldiagnosesofnewlydeterminedsequences 42 Proteindomainsandmotifs Signature aproteincategorysuchasadomainormotifDomain aregionofaproteinthatcanadopta3Dstructureafoldafamilyisagroupofproteinsthatshareadomainexamples zincfingerdomainimmunoglobulindomainMotif orfingerprint ashort conservedregionofaproteintypically10to20contiguousaminoacidresidues 43 Definitionofadomain AccordingtoInterProatEBI http www ebi ac uk interpro Adomainisanindependentstructuralunit foundaloneorinconjunctionwithotherdomainsorrepeats Domainsareevolutionarilyrelated AccordingtoSMART http smart embl heidelberg de Adomainisaconservedstructuralentitywithdistinctivesecondarystructurecontentandahydrophobiccore Homologousdomainswithcommonfunctionsusuallyshowsequencesimilarities http weblogo berkeley edu logo cgi 44 Varietiesofproteindomains Extendingalongthelengthofaprotein 45 Definitionofamotif Amotif orfingerprint isashort conservedregionofaprotein Itssizeisoften10to20aminoacids Simplemotifsincludetransmembranedomainsandphosphorylationsites Thesedonotimplyhomologywhenfoundinagroupofproteins PROSITE www expasy org prosite isadictionaryofmotifs therearecurrently 1700entries 9 04 InPROSITE apatternisaqualitativemotifdescription aproteineithermatchesapattern ornot Incontrast aprofileisaquantitativemotifdescription WewillencounterprofilesinPfam ProDom SMART andotherdatabases 46 47 48 分析蛋白激酶 蛋白磷酸酶 膜转运子 49 50 SearchingPfam 51 SearchingPfam 52 结构域分析 综合的结构域预测网站 InterProScan Web Linux http www ebi ac uk InterProScan InterPro整合了多个数据库 功能比较强大 53 54 跨膜区分析 55 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 56 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 57 输出结果 包含四个部分可能的跨膜螺旋区相关性列表 58 跨膜拓扑模型及图示 59 TMHMM 60 HMMTOP 61 整合了多种预测方法 62 预测的跨膜结构数目 位置及大小 跨膜区域在蛋白序列上的具体位置表示 图形化表示 蛇形图可直接应用到文章中 63 蛋白质三级结构预测 64 蛋白质三维结构预测 结构与功能 进化密切相关三维结构数据库PDB http www rcsb org pdb MMDB http www ncbi nlm nih gov entrez query fcgi db StructureNRL 3D http pir georgetown edu pirwww dbinfo nrl3d htmlPsdb http www psdb org br 分析方法 65 66 67 68 SWISS MODEL 网址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 69 70 程序跑完后以邮件的形式通知 71 根据序列同源性建模 下载pdb文件 72 整合了同源比对和结果预测两种软件 73 SWISS PdbView观察三维模型 SWISS PdbView工具http swissmodel expasy org spdbv 观察和修改分子的三维结构 74 75 UCSFChimera 可对特定的氨基酸或原子进行特异显示等等 76 77 78 其它蛋白质结构预测软件 很有用的webserver 79 80 可下载到本地PC机 81 若已知某蛋白的pdb编号 则可通过查询PDB数据库直接将该文件下载下来 82 83 蛋白质功能预测 84 根据蛋白质的一级结构预测其功能 85 实例 利用ProtFun预测水稻水通道蛋白NIP1 1的功能 86 87 初次使用者最好先阅读相关说明 88 89 Othertools 90 WhichprocessWherewhat 91 利用关键词或GOterms查询AmiGO数据库 92 93 94 95 利用blast工具搜索GO数据库 设置参数 96 97 Annotationtool 98 可利用webserver 99 亦可下载到PC机 100 GOtchaGOtchaisasystemtopredictthefunctionofaproteinandassignconfidencetotheprediction 101 以水稻NIP1 1蛋白为例 102 results 103 104 研究目标蛋白所在的代谢途径 105 http www genome jp kegg 106 107 108 109 110 KEGG标识号 111 缩写代码 112 113 例如大肠杆菌的kduI基因 其gi号为16130747 作转换后出现下面的界面 Pathway信息 三维结构信息 114 115 116 KEGG与其它数据库的链接 117 KEGG2 118 根据同源序列的注释信息分析目标蛋白的功能 119 设置参数 120 121 122 123 124 125 若知道mapnumber 126 或浏览特异的代谢途径 127 128 蛋白质互作关系预测 129 STRING SearchToolfortheRetrievalofInteractingProteinshttp string embl de 130 http www pathbla