蛋白质结构与功能预测.ppt

蛋白质结构与功能预测,2,实习课程内容,基因组学,,转录物组学,,蛋白质组学,,系统生物学,,3,4,蛋白质序列分析主要内容,蛋白质结构预测过程,5,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？,6,ExPASy（Expert Protein Analysis System）Tools（http://expasy.org/tools/）,7,一、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 Server 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-PdbViewer数据： C:\ZCNI\shixi4\protein.txt,课程安排,8,一、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,9,蛋白质理化性质分析工具,,,,10,AACompIdent,PeptideMass,11,Protparam,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 ……,12,主要选项/参数,如果分析SWISS-PORT和TrEMBL数据库中序列 直接填写Swiss-Prot/TrEMBL AC号(accession number) 如果分析新序列： 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列,13,输入Swiss-Prot/TrEMBL AC号—分不同的功能域肽段,输出结果,14,返回结果,,正/负电荷残基数,15,,原子组成,,分子式,,总原子数,16,,不稳定系数,,脂肪系数,总平均亲水性,,,40 unstable,17,练习一：Protparam,http://www.expasy.org/tools/protparam.html数据：C:\ZCNI\shixi4\protein.txt,(a)-Type I membrane protein (b)-Type II membrane protein (c)-Multipass transmembrane proteins (d)-Lipid chain-anchored membrane proteins (e)-GPI-anchored membrane proteins,18,二、蛋白质跨膜区分析,α螺旋跨膜区主要是由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/疏水量和蛋白质膜区每个氨基酸的统计学分布偏好性量,19,蛋白质跨膜区特性,跨膜蛋白序列“边界”原则 -Landolt Marticorena et al., 1993,胞外末端－Asp（天冬氨酸）、Ser（丝氨酸）和Pro（脯氨酸） 胞外-内分界区域－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-外分界区域－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）,20,21,常用蛋白质跨膜区域分析工具,,,,22,TMpred,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,23,主要参数/选项,序列提交形式： 直接贴入蛋白序列 填写SwissProt/TrEMBL/EMBL/EST的ID或AC,24,输出结果,包含四个部分 可能的跨膜螺旋区 相关性列表,,,25,跨膜拓扑模型及图示,26,TMHMM,,,27,28,练习二：TMpred,http://www.ch.embnet.org/software/TMPRED_form.html数据：C:\ZCNI\shixi4\protein.txt,29,三、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 Chou-Fasman算法 GOR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 （knowledge based method） 混合方法（hybrid system method）,30,,蛋白质二级结构分析工具,,,,31,蛋白质二级结构分析工具,,,32,33,PredictProtein,PredictProtein http://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,,,,PredictProtein提交界面,35,PredictProtein提交界面详解,,提交邮件 地址（必填）,蛋白名称（可选）,,分析方法,36,分析方法程序详解,37,跨膜螺旋预测（PHDhtm）高级选项,,Ambivalent序列识别（ASP）高级选项,,CHOP结构域分析工具高级选项,,38,比对内容,,从SWISS-PROT数据库返回BLAST搜索结果,,MaxHom参数选项,,最低序列比对一致性,,空位间隔罚分,,空位延伸罚分,,比对矩阵,,最大击中值,,39,选择保存分析结果,,是否返回多序列比对结果,,HTML结果形式,,AGAPE结果,,PROF/PHD结果形式,,,,以下拉框中所指定的输入格式将待测序列粘贴此提交栏,,40,PredictProtein分析结果,PredictProtein分析结果,PredictProtein分析结果,43,PredictProtein分析结果,44,四、结构域分析,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,基本类型 ：,45,α折叠,β折叠,α/β折叠,α+β折叠,46,模体、结构域数据库,,,,47,模体、结构域数据库,,,,48,序列提交框,,InterProScan,InterProScan-http://www.ebi.ac.uk/InterProScan/,Picture View,,,InterPro蛋白家族信息,,InterPro蛋白家族信息,InterPro蛋白家族信息,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,,53,练习四：InterProScan,http://www.ebi.ac.uk/InterProScan/数据：C:\ZCNI\shixi4\protein.txt,54,五、蛋白质三维结构预测,,55,蛋白质结构预测精度,56,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 Ramachandran plot计算检验 手工调整多序列比对，重新拟和，构建新的模型,57,,,,58,,,,,,59,,,,60,,,,,,,62,SWISS-MODEL/SWISS-PdbView,SWISS-MODEL工具 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,,,一步模式,,比对模式,,优化模式,64,主要参数/选项,65,输出结果,66,比对结果,67,模型评估,68,练习五：SWISS-MODEL,http://www.expasy.ch/swissmod/SWISS-MODEL.html数据：C:\ZCNI\shixi4\SWISS-MODEL.txt 参考：http://swissmodel.expasy.org/course/course-index.htm,69,常用蛋白质三维结构观察和修改工具,,,,,,70,SWISS-PdbViewer观察三维模型,SWISS-PdbViewer工具 http://swissmodel.expasy.org/spdbv/,具有以下功能:,（1）使用同源建模的方法预测蛋白质结构； （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、旋转指定的化 学键，并通过能量最小化（energy minimization）调整修饰后蛋白质的结构； （5）测量原子之间距离和角度； （6）利用Ramachandran plot观察蛋白质结构的合理性。

72,软件界面,,,73,Ramachandran图,结构叠加,应用：药物设计中的蛋白质-配体对接,将对接算法应用于虚拟筛选，从小分子库中寻找潜在的配体分子这样的分子可作为药物的先导物常用分子对接软件,常用小分子数据库,,,78,Thanks！,。