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Chapter6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确定功能和结构•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？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首先从蛋白质的一级结构开始。。。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HisH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滴定曲线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–ProtScale工具蛋白质理化性质分析•Protparam工具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……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•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消光系数半衰期不稳定系数脂肪系数总平均亲水性•ProtScale工具•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计算窗口（7-11）相对权重值权重值变化趋势输出结果输入Swiss-Prot/TrEMBLAC号—分不同的功能域肽段功能域用户自定义区段•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蛋白质的亚细胞定位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1.最好利用多种预测软件进行预测，然后将结果进行整合；2.结合已发表的文献数据；3.结合同源序列搜索的结果。最后预测结果如何判断蛋白质二级结构预测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胞吞蛋白转运蛋白质二级结构预测BCMSearchLauncher://bioweb.pasteur.fr/seqanal/protein/intro-uk.htmlWebPHD://antheprot-pbil.ibcp.fr/WindowsSOMPA=npsa_sopma.htmlWebJpred~://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/psiform.htmlWebSSPRED://~nomi/nnpredict.htmlWebPROF~phi蛋白质二级结构预测TMpred://://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/toppred.htmlWebCOILS://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/pepcoil.htmlWeb/LinuxTargetP://psort.ims.u-tokyo.ac.jp/WebNNPREDICT（~nomi/nnpredict.html）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.ProteindomainsandmotifsSignature:•aproteincategorysuchasadomainormotifDomain:•aregionofaproteinthatcanadopta3Dstructure•afold•afamilyisagroupofproteinsthatshareadomain•examples:zincfingerdomainimmunoglobulindomainMotif(orfingerprint):•ashort,conservedregionofaprotein•typically10to20contiguousaminoacidresiduesDefinitionofadomainAccordingtoInterProatEBI():Adomainisanindependentstructuralunit,foundaloneorinconjunctionwithotherdomainsorrepeats.Domainsareevolutionarilyrelated.AccordingtoSMART():Adomainisaconservedstructuralentitywithdistinctivesecondarystructurecontentandahydrophobiccore.Homologousdomainswithcommonfunctionsusuallyshowsequencesimilarities.(orfingerprint)isashort,conservedregionofaprotein.Itssizeisoften10to20aminoacids.Simplemotifsincludetransmembranedomainsandphosphorylationsites.Thesedonotimplyhomologywhenfoundinagroupofproteins.PROSITE()isadictionaryofmotifs(therearecurrently1700entries)(9/04).InPROSITE,apatternisaqualitativemotifdescription(aproteineithermatchesapattern,ornot).Incontrast,aprofileisaquantitativemotifdescription.WewillencounterprofilesinPfam,ProDom,SMART,andotherdatabases.PatternandmotifdatabasesandtoolsPROSITE://umber.sbs.man.ac.uk/dbbrowser/bioactivity/protein2frm.htmlBLOCKS://bioinf.mii.lu.lv/tops/EMOTIF://dlb4.stanford.edu/ematrix/ematrix-scan.htmlProfileScan