生物信息学
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第七章 蛋白质性质和结构分析 (I) - PowerPoint PPT Presentation


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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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Presentation Transcript

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

MAGIFYFILFSFLFGICDAVTGSRVYPANEVTLLDSRSVQGELGWIASPLEGGWEEVSIMDEKNTPIRTYQVCNVMEASQNNWLRTDWITREGAQRVYIEIKFTLRDCNSLPGVMGTCKETFNLYYYESDNDKERFIRESQFGKTDTIAADESFTQVDIGDRIMKLNTEIRDVGPLSKKGFYLAFQDVGACIALVSVRVFYKKCPLTVRNLAQFPDTITGADTSSLVEVRGSCVNNSEEKDVPKMYCGADGEWLVPIGNCLCNAGHEEQNGECQACKIGYYKALSTDASCAKCPPHSYSVWEGATSCTCDRGFFRADNDAASMPCTRPPSAPLNLISNVNETSVNLEWSSPQNTGGRQDISYNVVCKKCGAGDPSKCRPCGSGVHYTPQQNGLKTTRVSITDLLAHTNYTFEIWAVNGVSKYNPSPDQSVSVTVTTNQAAPSSIALVQAKEVTRYSVALAWLEPDRPNGVILEYEVKYYEKDQNERSYRIVRTAARNTDIKGLNPLTSYVFHVRARTAAGYGDFSEPLEVTTNTVPSRIIGDGANSTVLLVSVSGSVVLVVILIAAFVISRRRSKYSKAKQEADEEKHLNQGVRTYVDPFTYEDPNQAVREFAKEIDASCIKIEKVIGVGEFGEVCSGRLKVPGKREICVAIKTLKAGYTDKQRRDFLSEASIMGQFDHPNIIHLEGVVTKCKPVMIITEYMENGSLDAFLRKNDGRFTVIQLVGMLRGIGSGMKYLSDMSYVHRDLAARNILVNSNLVCKVSDFGMSRVLEDDPEAAYTTRGGKIPIRWTAPEAIAYRKFTSASDVWSYGIVMWEVMSYGERPYWDMSNQDVIKAIEEGYRLPPPMDCPIALHQLMLDCWQKERSDRPKFGQIVNMLDKLIRNPNSLKRTGSESSRPNTALLDPSSPEFSAVVSVGDWLQAIKMDRYKDNFTAAGYTTLEAVVHMSQDDLARIGITAITHQNKILSSVQAMRTQMQQMHGRMVPV


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


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


CBS (Center for Biological Sequence Analysis)

http://www.cbs.dtu.dk/services/


蛋白质性质和结构分析软件

ANTHEPROT

http://antheprot-pbil.ibcp.fr/

DNAMAN

http://www.lynnon.com/


(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


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


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


  • -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)



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


(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


(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


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)


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)


  • 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/)


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


生物信息学

第七章

蛋白质性质和结构分析

(II)


(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


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/


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


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


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


(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


  • 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


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


PSORT细胞定位缩写对照表


(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


生物信息学

第七章

蛋白质性质和结构分析

(上机操作)


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。


6. 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。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?


ProtScale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。预测结果


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