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第七章 蛋白质性质和结构分析 (I)

生物信息学. 第七章 蛋白质性质和结构分析 (I). Molecular weight: 109801.8 Theoretical pI: 6.12. Membrane protein.

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第七章 蛋白质性质和结构分析 (I)

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Presentation Transcript

  1. 生物信息学 第七章 蛋白质性质和结构分析 (I)

  2. Molecular weight: 109801.8 Theoretical pI: 6.12 Membrane protein MAGIFYFILFSFLFGICDAVTGSRVYPANEVTLLDSRSVQGELGWIASPLEGGWEEVSIMDEKNTPIRTYQVCNVMEASQNNWLRTDWITREGAQRVYIEIKFTLRDCNSLPGVMGTCKETFNLYYYESDNDKERFIRESQFGKTDTIAADESFTQVDIGDRIMKLNTEIRDVGPLSKKGFYLAFQDVGACIALVSVRVFYKKCPLTVRNLAQFPDTITGADTSSLVEVRGSCVNNSEEKDVPKMYCGADGEWLVPIGNCLCNAGHEEQNGECQACKIGYYKALSTDASCAKCPPHSYSVWEGATSCTCDRGFFRADNDAASMPCTRPPSAPLNLISNVNETSVNLEWSSPQNTGGRQDISYNVVCKKCGAGDPSKCRPCGSGVHYTPQQNGLKTTRVSITDLLAHTNYTFEIWAVNGVSKYNPSPDQSVSVTVTTNQAAPSSIALVQAKEVTRYSVALAWLEPDRPNGVILEYEVKYYEKDQNERSYRIVRTAARNTDIKGLNPLTSYVFHVRARTAAGYGDFSEPLEVTTNTVPSRIIGDGANSTVLLVSVSGSVVLVVILIAAFVISRRRSKYSKAKQEADEEKHLNQGVRTYVDPFTYEDPNQAVREFAKEIDASCIKIEKVIGVGEFGEVCSGRLKVPGKREICVAIKTLKAGYTDKQRRDFLSEASIMGQFDHPNIIHLEGVVTKCKPVMIITEYMENGSLDAFLRKNDGRFTVIQLVGMLRGIGSGMKYLSDMSYVHRDLAARNILVNSNLVCKVSDFGMSRVLEDDPEAAYTTRGGKIPIRWTAPEAIAYRKFTSASDVWSYGIVMWEVMSYGERPYWDMSNQDVIKAIEEGYRLPPPMDCPIALHQLMLDCWQKERSDRPKFGQIVNMLDKLIRNPNSLKRTGSESSRPNTALLDPSSPEFSAVVSVGDWLQAIKMDRYKDNFTAAGYTTLEAVVHMSQDDLARIGITAITHQNKILSSVQAMRTQMQQMHGRMVPV

  3. 蛋白质性质和结构分析 • 序列相似的蛋白质具有相似的三维结构 • 不同蛋白质中相同的结构域（domain）具有相似的功能 • 分析蛋白质的功能 • 一级结构：氨基酸的排列顺序 • 二级结构：主要由氢键维系的结果（α-helix、β-sheet） • 三级结构：二级结构进一步折叠形成的结构域 • 许多生物信息学网站具有分析蛋白质性质和结构的软件

  4. Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) 的分析工具 • 蛋白质序列分析 • 蛋白质性质分析 • 蛋白质结构分析 • 2－D PAGE 分析 蛋白质性质和结构分析 ExPASy (Expert Protein Analysis System) http://www.expasy.org Nucleic Acids Research 2003, 31:3784-8

  5. Technical University of Denmark (1993) • Protein sorting • Post-translational modifications of proteins • Immunological features • Protein function and structure CBS (Center for Biological Sequence Analysis) http://www.cbs.dtu.dk/services/

  6. 蛋白质性质和结构分析软件 ANTHEPROT http://antheprot-pbil.ibcp.fr/ DNAMAN http://www.lynnon.com/

  7. （一） 分析蛋白质的一级结构 • 一级结构：蛋白质的氨基酸序列 • 分析内容 • 蛋白质的氨基酸组成 • 等电点（pI） • 分子量（molecular weight, Mw） • 疏水性（hydrophobicity） • 其它

  8. 1. 分析蛋白质的pI、Mw、氨基酸组成 打开ExPASy 主页,单击 “Resources A..Z” 选择“ProtParam”分析软件 在ProtParam主页粘贴序列进行分析 蛋白质的 pI、Mw、氨基酸组成等

  9. 2. 分析蛋白质的疏水性 打开ExPASy 主页，单击 “Resources A..Z” 选择“ProtScale”分析软件 在ProtScale主页粘贴序列、选择分析方法 蛋白质的亲水和疏水性分析结果，有文字和图形两种显示方式

  10. －螺旋（-helix） • －折叠（-sheet） • 转角（turn） 环（loop） （二） 分析蛋白质的二级结构 • 二级结构：主要是氢键维持的结构 • 无规则卷（random coil）

  11. Chou-Fasman method

  12. 预测蛋白质的－螺旋、－折叠及其它二级结构预测蛋白质的－螺旋、－折叠及其它二级结构 在“ANTHEPROT”栏目选择“SOPMA”分析软件 http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_sopma.html 在SOPMA主页粘贴序列(FASTA格式) 螺旋、折叠、转角、无规则卷和其它二级结构

  13. （三） 分析蛋白质的三级结构 1. 根据已知蛋白质结构推测未知蛋白质结构 在蛋白质结构数据库（PDB）中检索同源蛋白质的结构 BLAST 检索 2. 通过分子建模（molecular modeling）分析蛋白质结构 • 分析复杂 • 适用于专业人员

  14. （四） 分析膜蛋白质 • 膜蛋白种类 • 整合蛋白（跨膜）integral (transmembrane) • 锚定蛋白 membrane-anchored • 外周蛋白 peripheral ①、②膜整合蛋白；③、④膜锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白

  15. 膜蛋白质结构特征 • 膜整合蛋白的跨膜区一般形成－螺旋 • 膜锚定蛋白的形成 • 直接与脂双分子层连接 • 通过糖分子间接与脂结合 如：糖基化磷脂酰肌醇（GPI）

  16. 1. 预测膜整合蛋白的跨膜区 在SOSUI主页选择分析“SOSUI” (http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/) 在SOSUI：Submit a protein sequence网页粘贴序列 分析结果（1）、（2）

  17. 其它分析软件 • DAS：分析原核生物蛋白质的跨膜结构 (http://www.sbc.su.se/~miklos/DAS/maindas.html） • TMpred：分析蛋白质的跨膜结构和在膜上的方向(http://www.ch.embnet.org/software/TMPRED_form.html） • HMMTOP: 分析蛋白质跨膜结构和方向 (http://www.enzim.hu/hmmtop/html/submit.html) • TopPred: 分析细胞膜蛋白拓扑结构 (http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py?#forms::toppred) • TMHMM: 分析蛋白质跨膜结构 (http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)

  18. 2. 分析膜锚定蛋白的GPI位点 在“GPI Lipid Anchor Project”栏目选择“big-PI Predictor ”分析软件 在big-PI predictor主页递交序列 分析结果 • For Plant Proteins http://mendel.imp.ac.at/gpi/plant_server.html • For Fungal Proteins http://mendel.imp.ac.at/gpi/fungi_server.html

  19. 生物信息学 第七章 蛋白质性质和结构分析 (II)

  20. （五）分析蛋白质的翻译后修饰 • 信号肽序列的特征 • 20－35 个氨基酸 • 富含疏水氨基酸的片段 • 至少有一个带正电荷的氨基酸

  21. 1. 分析信号肽及其剪切位点 在“CBS Prediction Servers”主页“Protein sorting”栏目选择“SignalP”分析软件 (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/) 在SignalP网页选择物种参照和分析方法，粘贴序列 分析结果 分析革兰氏阴性菌脂蛋白信号肽LipoP http://www.cbs.dtu.dk/services/LipoP/ 分析植物叶绿体信号肽ChloroP http://www.cbs.dtu.dk/services/ChloroP/

  22. 2. 分析糖链连接点 • 糖链连接方式 • O－连接：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸的羟基 • N－连接：天门冬酰氨的酰氨基

  23. 分析方法（1）：分析O－连接糖蛋白 在“CBS Prediction Servers”主页“Post-translational modifications of proteins”栏目选择“NetOGlyc” 软件分析O－连接糖链的连接位点 在NetOGlyc网页粘贴序列 分析结果

  24. 分析方法（2）：分析N－连接糖蛋白 在“CBS Prediction Servers”主页“Post-translational modifications of proteins”栏目选择“NetNGlyc” 软件分析N－连接糖链的连接位点 在NetNGlyc网页粘贴序列 分析结果

  25. （六）分析蛋白质的亚细胞定位 有助于了解： • 蛋白质功能 • 蛋白质互作 Gene Ontology

  26. 线粒体蛋白质 • 内质网蛋白质 • 高尔基复合体蛋白质 • 过氧化物酶体蛋白质 • 溶酶体蛋白质 • 细胞核蛋白质 • 叶绿体蛋白质

  27. 分析蛋白质的亚细胞定位 打开PSORT 主页(http://psort.hgc.jp/) 根据待分析蛋白质来源物种差异选择不同软件 如选择WoLF PSORT 选择物种，粘贴序列 分析结果

  28. PSORT细胞定位缩写对照表

  29. （七）分析化学因子作用蛋白质的位点 打开ExPASy 主页 “Resources A..Z” 选择“PeptideCutter”分析软件 在PeptideCutter网页选择化学因子、粘贴序列 分析结果

  30. 生物信息学 第七章 蛋白质性质和结构分析 （上机操作）

  31. 从数据库中任选一蛋白质的序列作分析对象，熟悉分析蛋白质的一级和二级结构的方法。从数据库中任选一蛋白质的序列作分析对象，熟悉分析蛋白质的一级和二级结构的方法。 大麦Mlo基因（Z83834）编码的蛋白质是否是跨膜蛋白？ 预测人Nanog基因（AY230262）编码产物的亚细胞定位。 人Nanog基因产物是否是糖蛋白？什么类型的糖蛋白？ 分析人Nanog基因产物的亲水性和疏水性。

  32. 6. 分析一个甲虫基因（AF422804）编码的蛋白质的化学性 质和结构特点（请注明分析方法名称）： 等电点是多少？分子量是多少？ 是否膜蛋白质？如果是膜蛋白质，请注明跨膜结构位点。 是否具有GPI固定（anchor）的蛋白质？ 7. 你从实验中获得一条由250个氨基酸组成的蛋白质的序列。你想了解该蛋白质的三维结构是否已知。根据你从“生物信息学”课中学到的知识，该如何寻找答案？

  33. ProtScale预测结果

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