七蛋白质结构预测与功能初步注释

Chapter6蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/20241七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/20242七蛋白质结构预测与功能初步注释确定功能和结构5/9/20243七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/20244七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/20245七蛋白质结构预测与功能初步注释结构预测问题….-Gly-Ala-Glu-Phe-….FUNCTION?怎么样获得目标蛋白的空间结构呢？5/9/20246七蛋白质结构预测与功能初步注释解决方法….-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5/9/20247七蛋白质结构预测与功能初步注释首先从蛋白质的一级结构开始。。。5/9/20248七蛋白质结构预测与功能初步注释氨基酸按其R基的极性分类(在PH7)非极性R基不带电荷的极性R基丙氨酸AlaA甘氨酸GlyG缬氨酸ValV丝氨酸SerS亮氨酸LeuL苏氨酸ThrT异亮氨酸IleI半胱氨酸CysC脯氨酸ProP酪氨酸TysY苯丙氨酸PheF天冬酰胺AsnN色氨酸TrpW谷氨酰胺GlnQ蛋氨酸MetM带正电荷的极性R基带负电荷的极性R基赖氨酸LysK天冬氨酸AspD精氨酸ArgR谷氨酸GluE组氨酸HisH5/9/20249七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/202410七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202411七蛋白质结构预测与功能初步注释滴定曲线5/9/202412七蛋白质结构预测与功能初步注释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:///tools/protparam.htmlProtScale

工具

http:///tools/protscale.html5/9/202413七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质理化性质分析Protparam工具

/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……5/9/202414七蛋白质结构预测与功能初步注释主要选项/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号在搜索框中粘贴序列5/9/202415七蛋白质结构预测与功能初步注释输入Swiss-Prot/TrEMBLAC号—分不同的功能域肽段输出结果功能域用户自定义区段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5/9/202416七蛋白质结构预测与功能初步注释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氨基酸数目相对分子质量理论pI值氨基酸组成原子组成分子式总原子数5/9/202417七蛋白质结构预测与功能初步注释消光系数半衰期不稳定系数脂肪系数总平均亲水性5/9/202418七蛋白质结构预测与功能初步注释

ProtScale工具

/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5/9/202419七蛋白质结构预测与功能初步注释主要选项/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号氨基酸标度粘贴序列5/9/202420七蛋白质结构预测与功能初步注释计算窗口（7-11）相对权重值

权重值变化趋势

5/9/202421七蛋白质结构预测与功能初步注释输出结果输入Swiss-Prot/TrEMBLAC号—分不同的功能域肽段功能域用户自定义区段5/9/202422七蛋白质结构预测与功能初步注释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图形结果文本结果序列参数每个位置的得分5/9/202423七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质的亚细胞定位5/9/202424七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202425七蛋白质结构预测与功能初步注释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选择物种类型粘贴序列点击查看详细信息5/9/202426七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202427七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202428七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202429七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/202430七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质二级结构预测5/9/202431七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质二级结构预测

基本的二级结构α螺旋，β折叠，β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α螺旋/β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5/9/202432七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质二级结构预测BCMSearchLauncher/seq-search/struc-predict.htmlWebProteinSequenceAnalysishttp://bioweb.pasteur.fr/seqanal/protein/intro-uk.htmlWebPHDhttp://www.embl-heidelberg.de/predictprotein/WebANTHEPROThttp://antheprot-pbil.ibcp.fr/WindowsSOMPAhttp://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.htmlWebJpredpbio.dundee.ac.uk/~www-jpred/submit.htmlWebPSIpredhttp://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/psiform.htmlWebSSPREDhttp://www.embl-heidelberg.de/sspred/ssp_mul.htmlWebNNPREDICT/~nomi/nnpredict.htmlWebPROFhttp://www.aber.ac.uk/~phiwww/prof/index.htmlWeb/Linux5/9/202433七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质二级结构预测TMpred/software/TMPRED_form.htmlWebTMHMMhttp://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/WebTopPred2http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/toppred.htmlWebCOILS/software/COILS_form.htmlWeb/LinuxPEPCOILhttp://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/pepcoil.htmlWeb/LinuxTargetP

http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/WebPSORThttp://psort.ims.u-tokyo.ac.jp/Web5/9/202434七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202435七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202436七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202437七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202438七蛋白质结构预测与功能初步注释NNPREDICT

（/~nomi/nnpredict.html）5/9/202439七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202440七蛋白质结构预测与功能初步注释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.5/9/202441七蛋白质结构预测与功能初步注释ProteindomainsandmotifsSignature:aproteincategorysuchasadomainormotifDomain:

aregionofaproteinthatcanadopta3Dstructureafoldafamilyisagroupofproteinsthatshareadomain

examples: zincfingerdomain immunoglobulindomainMotif(orfingerprint):

ashort,conservedregionofaproteintypically10to20contiguousaminoacidresidues5/9/202442七蛋白质结构预测与功能初步注释DefinitionofadomainAccordingtoInterProatEBI(http://www.ebi.ac.uk/interpro/):Adomainisanindependentstructuralunit,foundaloneorinconjunctionwithotherdomainsorrepeats.Domainsareevolutionarilyrelated.AccordingtoSMART(http://smart.embl-heidelberg.de):Adomainisaconservedstructuralentitywithdistinctivesecondarystructurecontentandahydrophobiccore.Homologousdomainswithcommonfunctionsusuallyshowsequencesimilarities.http://weblogo.berkeley.edu//logo.cgi

5/9/202443七蛋白质结构预测与功能初步注释VarietiesofproteindomainsExtendingalongthelengthofaproteinOccupyingasubsetofaproteinsequenceOccurringoneormoretimes5/9/202444七蛋白质结构预测与功能初步注释DefinitionofamotifAmotif(orfingerprint)isashort,conservedregionofaprotein.

Itssizeisoften10to20aminoacids.Simplemotifsincludetransmembranedomainsandphosphorylationsites.Thesedonotimplyhomologywhenfoundinagroupofproteins.PROSITE(/prosite)isadictionaryofmotifs(therearecurrently>1700entries)(9/04).InPROSITE,apatternisaqualitativemotifdescription(aproteineithermatchesapattern,ornot).Incontrast,aprofileisaquantitativemotifdescription.WewillencounterprofilesinPfam,ProDom,SMART,andotherdatabases.5/9/202445七蛋白质结构预测与功能初步注释PatternandmotifdatabasesandtoolsPROSITEhttp://www.expasy.ch/tools/scnpsite.htmlPRINTShttp://umber.sbs.man.ac.uk/dbbrowser/bioactivity/protein2frm.htmlBLOCKS/blocks/blocks_search.htmlTOPStructurehttp://bioinf.mii.lu.lv/tops/EMOTIF/emotif/emotif-search.htmlEMATRIX/ematrix/ematrix-scan.htmlProfileScanhttp://myhits.isb-sib.ch/cgi-bin/motif_scan5/9/202446七蛋白质结构预测与功能初步注释选择搜索数据库5/9/202447七蛋白质结构预测与功能初步注释分析蛋白激酶、蛋白磷酸酶、膜转运子features5/9/202448七蛋白质结构预测与功能初步注释ProteindomaindatabasesandtoolsPfamhttp://www.sanger.ac.uk/Software/PfamSMARThttp://smart.embl-heidelberg.deProDomhttp://www.toulouse.inra.fr/prodom.htmlTigrfam/TIGRFAMs/InterProScanhttp://www.ebi.ac.uk/interproscanCDD/Structure/cdd/cdd.shtmlHAMAP/sprot/hamap/families.htmlCOG/COG5/9/202449七蛋白质结构预测与功能初步注释SearchingPfam5/9/202450七蛋白质结构预测与功能初步注释SearchingPfam5/9/202451七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/202452七蛋白质结构预测与功能初步注释可以利用鉴定的domain序列搜索蛋白序列数据库查找其同源序列有六个跨膜区域TMs5/9/202453七蛋白质结构预测与功能初步注释跨膜区分析5/9/202454七蛋白质结构预测与功能初步注释跨膜区分析TMpred工具：/software/TMPRED_form.html预测跨膜区和跨膜方向依靠跨膜蛋白数据库Tmbase5/9/202455七蛋白质结构预测与功能初步注释主要参数/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称（可选）选择序列的格式贴入蛋白序列5/9/202456七蛋白质结构预测与功能初步注释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对应列表位置分值片段中点位置5/9/202457七蛋白质结构预测与功能初步注释跨膜拓扑模型及图示建议的跨膜拓扑模型每一位置计算分值最优拓扑结构位置分值取向5/9/202458七蛋白质结构预测与功能初步注释TMHMM5/9/202459七蛋白质结构预测与功能初步注释HMMTOP5/9/202460七蛋白质结构预测与功能初步注释整合了多种预测方法5/9/202461七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/202462七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质三级结构预测5/9/202463七蛋白质结构预测与功能初步注释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：/pdb/MMDB：/entrez/query.fcgi?db=StructureNRL-3D：/pirwww/dbinfo/nrl3d.htmlPsdb：.br/分析方法方法特点工具同源建模法(Homologymodelling)基于序列同源比对，对于序列相似度>25％的序列模拟比较有效，最常用的方法

SWISS-MODEL，TOPITS，VAST、HHPred串线法(Threading)“穿”入已知的各种蛋白质折叠骨架内，适于对蛋白质核心结构进行预测，计算量大Prospect，THREADER从头预测法(abinitio)基于分子动力学，寻找能量最低的构象，计算量大，只能做小分子预测HMMSTR/ROSSETA5/9/202464七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质三维结构预测——同源建模法SWISS-MODEL/WebESyPred3Dhttp://www.fundp.ac.be/urbm/bioinfo/esypred/Web3Djigsawhttp://www.bmm.icnet.uk/servers/3djigsaw/WebTOPITShttp://www.embl-heidelberg.de/predictprotein/submit_exp.htmlWebCPHmodelshttp://www.cbs.dtu.dk/services/CPHmodels/WebDalihttp://www.ebi.ac.uk/dali/Web/Linux3D-PSSMhttp://www.sbg.bio.ic.ac.uk/~3dpssm/http://www.bmm.icnet.uk/~3dpssm/WebMODELLER/modeller/Windows/LinuxWHATIFhttp://www.cmbi.kun.nl/whatif/WindowsInsightII/QUANTA/WindowsDSModeling/dstudio/ds_modeling/ds_modeler.htmlWindows5/9/202465七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质三级结构预测——串线法

Prospect/structure/prospect/LinuxTHREADERhttp://bioinf.cs.ucl.ac.uk/threader/ftp://bioinf.cs.ucl.ac.uk/pub/threader/archive/Linux123D+http://123/123D+.htmlWebFRSVR/WebSAMt98http://www.ebi.ac.uk/~rost/predictprotein/doc/explain_meta.html#PX_about_samt98Web蛋白质三级结构预测-从头预测法

HMMSTR/Rosetta/~bystrc/hmmstr/server.phpWeb/Linux蛋白质三级结构预测——三维结构图示和修改工具

Swiss-PdbViewer/spdbv/WebSeein3D/Structure/CN3D/cn3d.shtml/cn3d/Cn3D-4.1.msiWindows/LinuxRASMOL/cgi-bin/yaya/decomp.cgi/software/RasMol_.MSWIN/raswin.exeWindows/Linux5/9/202466七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202467七蛋白质结构预测与功能初步注释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5/9/202468七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202469七蛋白质结构预测与功能初步注释程序跑完后以邮件的形式通知5/9/202470七蛋白质结构预测与功能初步注释根据序列同源性建模，下载pdb文件5/9/202471七蛋白质结构预测与功能初步注释整合了同源比对和结果预测两种软件5/9/202472七蛋白质结构预测与功能初步注释SWISS-PdbView观察三维模型SWISS-PdbView工具/spdbv/观察和修改分子的三维结构5/9/202473七蛋白质结构预测与功能初步注释菜单栏/工具栏图层窗口主窗口序列联配窗口控制面板5/9/202474七蛋白质结构预测与功能初步注释UCSFChimera可对特定的氨基酸或原子进行特异显示等等5/9/202475七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202476七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202477七蛋白质结构预测与功能初步注释其它蛋白质结构预测软件很有用的webserver5/9/202478七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202479七蛋白质结构预测与功能初步注释可下载到本地PC机5/9/202480七蛋白质结构预测与功能初步注释若已知某蛋白的pdb编号，则可通过查询PDB数据库直接将该文件下载下来5/9/202481七蛋白质结构预测与功能初步注释下载PDB文件到PC机5/9/202482七蛋白质结构预测与功能初步注释蛋白质功能预测5/9/202483七蛋白质结构预测与功能初步注释根据蛋白质的一级结构预测其功能5/9/202484七蛋白质结构预测与功能初步注释实例：利用ProtFun预测水稻水通道蛋白NIP1;1的功能5/9/202485七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202486七蛋白质结构预测与功能初步注释初次使用者最好先阅读相关说明5/9/202487七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202488七蛋白质结构预测与功能初步注释Othertools5/9/202489七蛋白质结构预测与功能初步注释WhichprocessWherewhat5/9/202490七蛋白质结构预测与功能初步注释利用关键词或GOterms查询AmiGO数据库5/9/202491七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202492七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202493七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202494七蛋白质结构预测与功能初步注释利用blast工具搜索GO数据库设置参数5/9/202495七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/202496七蛋白质结构预测与功能初步注释

Annotationtool5/9/202497七蛋白质结构预测与功能初步注释可利用webserver5/9/202498七蛋白质结构预测与功能初步注释亦可下载到PC机5/9/202499七蛋白质结构预测与功能初步注释GOtchaGOtchaisasystemtopredictthefunctionofaprotein

andassignconfidencetotheprediction.数据库选择阈值确定5/9/2024100七蛋白质结构预测与功能初步注释以水稻NIP1;1蛋白为例。。。5/9/2024101七蛋白质结构预测与功能初步注释可在网页上直接观察结果，亦可下载到PC机上results5/9/2024102七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/2024103七蛋白质结构预测与功能初步注释研究目标蛋白所在的代谢途径。。。5/9/2024104七蛋白质结构预测与功能初步注释http://www.genome.jp/kegg/5/9/2024105七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/2024106七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/2024107七蛋白质结构预测与功能初步注释5/9/2024108七蛋白质结构预测与功能初步注释5/