蛋白质序列分析2011315

1、中山大学中山医学院生物信息学基础 理化性质理化性质: 分子量、等电点、氨基酸组成等分子量、等电点、氨基酸组成等结构分析结构分析：一级结构、二级结构、三级结构一级结构、二级结构、三级结构功能预测功能预测：motif、domain、信号肽、跨膜区、信号肽、跨膜区、 亚细胞定位、蛋白质修饰等亚细胞定位、蛋白质修饰等 1.专家蛋白质分析系统：专家蛋白质分析系统：ExPaSy，Expert Protein Analysis System http:/www.expasy.ch/瑞士生物信息学研究所瑞士生物信息学研究所2. 生物序列分析中心：生物序列分析中心：CBS，Center for Biologic

2、al Sequencehttp:/www.cbs.dtu.dk/services/丹麦技术大学丹麦技术大学一、蛋白序列的获得一、蛋白序列的获得1. 基因序列翻译推导得到基因序列翻译推导得到2. 氨基酸（多肽）测序得到氨基酸（多肽）测序得到3. 双向电泳、质谱分析得到双向电泳、质谱分析得到4. 数据库得到数据库得到1.从基因序列翻译推导得到从基因序列翻译推导得到例：某研究组测序得到一段序列例：某研究组测序得到一段序列 TTCAATCCTACTATCCACTATATGAAAGTGACGCCAATTATCTTCGCTGTATTTTGTGTCGTAGGTGCTATGACATTGATCACAGCTACA

3、ACGTTAGAGCAAGCACCTCACCCGAGTGAAAAAGACATGGAATTAGTGTATATTGATGCAGAATATGAAAAAGAAGGTGGACTGAAATCAATATGCAACGAAATAAAACGGTCATTCAGAAAAGGGCGCCACCACATCTATAAAGTTATGGATAAATATATACGGAAGGAAGATTTAGGCATGAAAATGTTAGATGTTGCCAAAATCCTTGGAAGACGCATTGAAAAACGTATGGAATACATAGCGAAGAAACTGGATAAGATGATGGAATATGAATCGTCTTAGACTCTCCCAAATCCA

4、 a. 利用利用ORF finder （无论数据库中有无纪录均适宜）（无论数据库中有无纪录均适宜）b. 利用利用Blastx （前提：（前提：GenBank 中有中有同源同源序列纪录）序列纪录）2.氨基酸（多肽）测序得到氨基酸（多肽）测序得到只适合于小分子蛋白只适合于小分子蛋白/多肽多肽3. 双向电泳、质谱分析得到双向电泳、质谱分析得到双向电泳双向电泳选择靶蛋白点选择靶蛋白点一个靶蛋白点的一个靶蛋白点的MS分析分析http:/ Retrieval System )序列检索系统（2008年后不再使用）年后不再使用）胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic

5、protein, GFAP)Uniprot：联合蛋白质数据库：联合蛋白质数据库 2002年，在年，在NIH资助下，资助下，PIR、EBI和和SIB共共同创建了联合蛋白质数据库（同创建了联合蛋白质数据库（United Protein Resource，UniProt），其首页网址为：），其首页网址为：/ 获得获得fasta格式的序列格式的序列二、蛋白质理化性质分析二、蛋白质理化性质分析二级结构。二级结构。 螺旋，螺旋， 是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构元件元件.在在螺旋中，每轮卷曲的螺旋包含螺旋中，每轮

6、卷曲的螺旋包含3.6氨基酸残基，氨基酸残基，残基侧链伸向外侧残基侧链伸向外侧,同一肽链上的每个残基的酰胺氢同一肽链上的每个残基的酰胺氢和位于它后面的第和位于它后面的第4个残基上的羰基氧彼此之间形成个残基上的羰基氧彼此之间形成氢键。在水环境中，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形氢键。在水环境中，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部成内部(-螺旋内螺旋内)的氢键，也能与水分子形成氢键。的氢键，也能与水分子形成氢键。 不同的氨基酸对不同的氨基酸对螺旋形成的影响是不同的。螺旋形成的影响是不同的。三、蛋白质结构分析三、蛋白质结构分析（一）、二级结构预测（一）、二级结构预测 折叠折叠 是通过肽链间或肽段间的氢键维

7、系。可以把它们想象为由折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叠的条状纸片侧向并排而成,每条纸片可看成是一条肽链每条纸片可看成是一条肽链, 称为称为折折叠股或叠股或股股(strand),肽主链沿纸条形成锯齿状。需要注意的是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并交替的从平面上下二侧伸出。侧伸出。 无规则卷曲（无规则卷曲（random coil) 无规则卷曲或称卷曲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泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片

8、或螺旋的多肽区段。如折叠片或螺旋的多肽区段。 受侧链相互作用的影响很大，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异的功能部位如许多钙结合蛋白中结合钙离子的合钙离子的EF手结构（手结构（E-F hand structure)的中央环的中央环 序列模体和结构域序列模体和结构域 都是通过对相关蛋白质的多序列比对分析而获得的都是通过对相关蛋白质的多序列比对分析而获得的 序列模体序列模体(Motif)，较短的序列模式，较短的序列模式， 结构域结构域(Domains)，相对较长的区域，通过序列谱获得的，相对较长的区域，通过序

9、列谱获得的， 序列模体的著名的数据库为序列模体的著名的数据库为Prosite数据库。数据库。 二级结构预测面临的困难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同一肽段在不同的蛋白质中的结构也不一样（二）一些特殊结构的预测（二）一些特殊结构的预测 信号肽、信号肽、 膜蛋白的跨膜螺旋膜蛋白的跨膜螺旋信号肽：某些肽链的信号肽：某些肽链的N-末端存在着末端存在着1530个氨基酸的一段顺序，个氨基酸的一段顺序，其功能与将此蛋白质多肽链输送到细胞的特定部位其功能与将此蛋白质多肽链输送到细胞的特定部位(细胞器

10、细胞器)有有关。关。1.信号肽预测：信号肽预测：SignalP结果输出结果输出每一每一aa给出位于给出位于01之间之间C，S，Y三个数值：三个数值：（1）C-score（信号肽断裂位点得分值），信号肽断裂位点得分值），（2）S-score（信号肽区域得分值）信号肽区域得分值） 高得分值区域为信号肽断裂位点前面的区域，高得分值区域为信号肽断裂位点前面的区域，（3）Y-score（综合信号肽断裂位点得分值）综合信号肽断裂位点得分值） 可以更为准确地预测出信号肽断裂位点。可以更为准确地预测出信号肽断裂位点。信号肽结构特征信号肽结构特征 带正电荷的带正电荷的n区，区， 疏水的核心区疏水的核心区h区，区

11、， 不带电荷但呈极性的不带电荷但呈极性的c区，区， 注意事项注意事项预测的是分泌型信号肽，预测的是分泌型信号肽，获得一个预测结果后，需要进一步分析预测产生信号肽区域的获得一个预测结果后，需要进一步分析预测产生信号肽区域的长度。长度。 真核生物，真核生物， 平均长度平均长度22.6个个aa 较长或较短的，可能是假阳性较长或较短的，可能是假阳性跨膜蛋白：跨膜蛋白： 部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧，以非极性氨基酸部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧，以非极性氨基酸与脂双分子层的非极性疏水区相互作用而结合在质膜上的与脂双分子层的非极性疏水区相互作用而结合在质膜上的蛋白质。蛋白质。 亲水部分暴露在膜的

12、一侧或两侧表面亲水部分暴露在膜的一侧或两侧表面; 疏水区同脂双分子疏水区同脂双分子层的疏水尾部相互作用。层的疏水尾部相互作用。 跨膜蛋白可再分为单次跨膜、多次跨膜、多亚基跨膜等。跨膜蛋白可再分为单次跨膜、多次跨膜、多亚基跨膜等。 跨膜蛋白一般含跨膜蛋白一般含25%50%的的螺旋螺旋, 也有也有折叠，折叠，2.跨膜区预测：跨膜区预测： 如线粒体外膜和细菌质膜中的孔蛋白。它可分为如线粒体外膜和细菌质膜中的孔蛋白。它可分为 胞外区，肽链的胞外区，肽链的N端部分端部分 跨膜区；跨膜区； 胞质区胞质区 （三）蛋白质三维结构预测（三）蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测是当前的难点之一蛋白质三维结构预测是

13、当前的难点之一 蛋白质的折叠过程仍然不十分明了蛋白质的折叠过程仍然不十分明了两种工作路线两种工作路线 同源性分析：存在一级结构相似性在同源性分析：存在一级结构相似性在40%以上的已知结构以上的已知结构蛋白质序列的未知蛋白质，同源模建的方法预测其空间结蛋白质序列的未知蛋白质，同源模建的方法预测其空间结构，但其准确性相对较高，构，但其准确性相对较高， 从头预测：并不存在已知结构蛋白质的同源蛋白，从头预从头预测：并不存在已知结构蛋白质的同源蛋白，从头预测的方法，其算法还很不成熟，其准确性仍有待改进。测的方法，其算法还很不成熟，其准确性仍有待改进。1 .1 . S W I S S - M O D E LS W I S S - M O D E L 同 源 模 建 服 务 器同 源 模 建 服 务 器 /完全自动的蛋白结构同源模建服务器，提供蛋白质三维结构预完全自动的蛋白结构同源模建服务器，提供蛋白质三维结构预测服务。测服务。工作模式：工作模式： 简捷模式（简捷模式（First Approach mode）来决定序列能否被建模，来决定序列能否被建模，在在ExPDB找到了一个或多个合适的同源物，找到了一个或多个合适的同源物，联配界面（联配界面（Alignment interface) 优化模式（优化模式（Optimise mode）。）