蛋白质序列分析与结构预测

1、Protein Sequence Analysis and Structure PredictionDr. ZOU, Ling-YunDepartment of Microbiology第1页Outline蛋白质生物学基础1蛋白质序列特征分析3蛋白质结构预测4蛋白质结构可视化2第2页蛋白质生物学基础1蛋白质序列特征分析3蛋白质结构预测4蛋白质结构可视化2第3页20 amino acids - the building blocks第4页helicesAla, Glu, Leu, Met：出现频率高Pro, Gly, Tyr, Ser： 出现频率低第5页-sheets第6页Coils第7页-do

2、main : 4-helix bundles第8页Beta-domain Up-and-down sheets and barrel第9页aDomains第10页为何要研究蛋白质结构？生物体许多主要功效由蛋白质完成已知序列蛋白质数量与已知结构蛋白质数量差距正在拉大分析蛋白质结构有利于药品设计研究有利于了解蛋白质相互作用，这对于生物学、医学和药学都非常主要第11页Sequence Swiss-Prot：468851 （.5）Structure PDB：57835 （.5）蛋白质序列（黄）和结构（红）数量比较第12页Experimental Methods to Detect Structures

3、Two empirical methods for revealing positions of atoms in 3-D: X-Ray Crystallography Resolution: 0.1nm Determining most structures: 87% in PDB Difficult to grow a crystal sometimes 第13页Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Resolution: 0.15 nm Determining about 13% structures in PDB Small proteins only (1

4、), find a helix core. Extend the core, until the average preference score of this segment is less than 1. Similar method to judge the -sheet. 第56页Neural Network Methods to Predict SSEThe highest accuracy using the traditional method is about 60%. Interaction between residues is an important factor d

5、etermining the secondary structure. Using neural network method to consider this interaction can improve the accuracy to 65%.第57页蛋白质序列综合分析软件Anthepro第58页3D Structure Prediction第59页Tertiary Structure Prediction Methods ProblemGICPRFAHVIENLLLGTPSSYETSLKEFEPDDTMKDAGMQMKKVLDSLPQTTRENIMKLTEKIVKSPLCM？第60页U

6、sing physical force( how protein folding) Ab initio method (从头计算)Using evolution information( search similarity) Homology modeling （HM, 同源建模）Fold Recognition （FR, 折叠识别） From easy to hard: HM FR Ab initio Tertiary Structure Prediction Methods第61页Homology modeling概念：对于一个未知结构蛋白质，找到一个已知结构同源蛋白质，以该蛋白质结构为模

7、板，为未知结构蛋白质建立结构模型。依据： 任何一对蛋白质，假如二者序列等同部分超出30%，则它们含有相同三维结构，即两个蛋白质基本折叠相同，只是在非螺旋和非折叠区域一些细节部分有所不一样。第62页搜索已知三级结构同源蛋白质序列 (模板)PSI-BLAST multiple sequence alignment 选取与给定序列相同性最高结构作为模板将氨基酸残基替换到结构模板中对应位置上，降低自由能Homology modeling：步骤第63页Homology modeling：Work well第64页SWISS-MODELfully automated web-server for prot

8、ein structure modellingdeveloped in 1993nowadays the most widely-used free web-based automated facility 第65页第66页Are there problems with SWISS-MODEL?Results must be concidered with careprocedure is non-experimentalno human intervention during model buildingChosen template affects the resultsthe more the template and the target sequence share identity the more accurate the results will be 第67页本课小结蛋白质序列和结构特点：分析基础蛋白质三维结构可视化：观察结构模型蛋白质序列分析：理化性质计算；特征信号预测蛋白质结构预测：生物信息学应用第68页思索与作业(1) 从UniProt/SwissProt数据库中随机抽取10条氨基酸序列，得到FASTA格式文件。 (2) 利用ANTHEPROT、Compute pI