蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的生物信息學(xué)研究

1、 實驗名稱：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的生物信息學(xué)研究實驗?zāi)康模?.掌握運用BLAST工具對指定蛋白質(zhì)的氨基酸序列同源性搜索的方法。2.掌握用不同的工具分析蛋白質(zhì)的氨基酸序列的基本性質(zhì)3掌握蛋白質(zhì)的氨基酸序列進行三維結(jié)構(gòu)的分析4.熟悉對蛋白質(zhì)的氨基酸序列所代表蛋白的修飾情況、所參與的代謝途徑、相互作用的蛋白，以及與疾病的相關(guān)性的分析。實驗方法和流程：一、 同源性搜索同源性從分子水平講則是指兩個核酸分子的核苷酸序列或兩個蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列間的相似程度。BLAST工具能對生物不同蛋白質(zhì)的氨基酸序列或不同的基因的DNA序列極性比對，并從相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中找到相同或相似序列。對指定的蛋白質(zhì)的氨基酸序列進行同源性搜

2、索步驟如下： 登錄網(wǎng)址/blast/輸入序列后,運行blast工具序列比對的圖形結(jié)果顯示序列比對的圖形結(jié)果：用相似性區(qū)段（Hit）覆蓋輸入序列的范圍判斷兩個序列的相似性。如果圖形中包含低得分的顏色（主要是紅色）區(qū)段，表明兩序列的并非完全匹配。匹配序列列表及得分可選擇不同的比對工具各序列得分備注: Clustal是一款用來對()的軟件。可以用來發(fā)現(xiàn)特征序列，進行蛋白分類，證明序列間的同源性，幫助預(yù)測新序列二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)，確定PCR引物，以及在分子進化分析方面均有很大幫助。Clustal包括Clustalx和Clustalw(前者是圖形化界面版本后者是命

3、令界面)，是生物信息學(xué)常用的多序列比對工具。該序列的比對結(jié)果有100條，按得分降序排列，其中最大得分2373，最小得分分為1195.詳細的比對序列的排列情況第一個序列的匹配率為100%第一個匹配序列Score表示打分矩陣計算出來的值，由搜索算法決定的，值越大說明匹配程度越大。Expect是輸入序列被隨機搜索出來的概率，該值越小越好。Identities是相似程度，即匹配率，100%表示序列全部匹配。Method:代表不同的打分矩陣方法，選擇不同的打分矩陣會得到不同的打分結(jié)果。顯示結(jié)果按越后面匹配率越低。二、 分析蛋白質(zhì)的氨基酸序列的基本性質(zhì)ProParam是計算氨基酸理化參數(shù)常用的工具，提供計

4、算蛋白質(zhì)的分子量、理論等電點、氨基酸組成、原子組成、消光系數(shù)（extinction coefficient）、半衰期、不穩(wěn)定系數(shù)、脂肪系數(shù)和總平均疏水性（GRAVY）等。登錄網(wǎng)址：/protparam并輸入序列號蛋白質(zhì)的氨基酸組成、相對分子質(zhì)量、等電點和原子組成。結(jié)果1：該蛋白質(zhì)序列的氨基酸數(shù)為1255個，相對分子質(zhì)量為137910.5，等電點為5.58，由C、H、N、O、 S五種原子組成，共有19180個原子。消光系數(shù)、半衰期、不穩(wěn)定系數(shù)、脂肪系數(shù)和總平均疏水性（GRAVY）結(jié)果2：消光系數(shù)反映了蛋白在特定波長下吸收可見光或不可見光的能力，可用來測蛋白

5、濃度。由上圖知，該序列在280nm的波長下，假設(shè)所有成對的半胱氨酸殘基形成胱氨酸，則該序列的消光系數(shù)1.003；假設(shè)所有的半胱氨酸殘基都減少了，改序列的消光系數(shù)為0.976。半衰期為30小時(哺乳動物的網(wǎng)織紅細胞,體外)；> 20小時(酵母、體內(nèi))，> 10小時(大腸桿菌、體內(nèi))。該蛋白不穩(wěn)定系數(shù)為56.13，提示該蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。脂肪系數(shù)是計算球狀蛋白脂肪族氨基酸側(cè)鏈所占相對體積，反映了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，為82.35. 蛋白質(zhì)的疏水性預(yù)測可以根據(jù)GRAVY值來預(yù)測。GRAVY值的范圍在2 與-2之間，正值表明此蛋白為疏水性蛋白，負值表明為親水蛋白。該蛋白的GRAVY值為-0.247

6、，因此預(yù)測該蛋白為親水蛋白。利用ProtScale工具對蛋白質(zhì)進行親疏水性分析登錄網(wǎng)址/protscale并輸入序列號GFAP親疏水性分布圖，橫坐標為序列位置，縱坐標為氨基酸的標度值。Hphob.kyte&Doolittle 標度（default)定義疏水性氨基酸較高的打分值（>0值表示疏水性,<0值表示親水性。從圖可看出，標度值<0的區(qū)域比>0的較為密集，因此，結(jié)合上面的GRAVY值為-0.247，預(yù)測該蛋白為親水蛋白。利用TMPred工具對該蛋白進行跨膜區(qū)結(jié)構(gòu)預(yù)測登錄網(wǎng)址/

7、software/TMPRED_form.html最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)：2種模型都預(yù)測有4個蛋白質(zhì)跨膜區(qū)。用TMHMM預(yù)測是否存在跨膜區(qū) 登錄網(wǎng)址http:/www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/結(jié)果提示有2個蛋白質(zhì)跨膜區(qū)。其跨膜區(qū)比TMpred預(yù)測的結(jié)果少了2個。少了序列前面2個位置的跨膜區(qū)。三、 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)分析登錄網(wǎng)址/，輸入相應(yīng)的序列號建模部分結(jié)果有A、B、C、D四條晶體結(jié)構(gòu)的單鏈陣線。四、蛋白質(zhì)序列的修飾情況、所參與的代謝途徑、相互作用的蛋白，以及與疾病的相關(guān)性分析登錄在里面找到工具。輸入序列號結(jié)果：所輸入

8、序列的代碼。所輸入序列的代碼相互作用的蛋白網(wǎng)絡(luò)圖序列基本信息由結(jié)果可知，該蛋白質(zhì)序列相互作用的蛋白有10個。所輸入序列的代碼為ERBB2。根據(jù)基本信息可知，ERBB2是表皮生長因子受體（ EGFR)家族成員之一是白血病病毒致癌基因同族體2。蛋白酪氨酸激酶（ERBB2基因表達產(chǎn)物）是幾個細胞表面受體復(fù)合物的一部分,但這需要一個coreceptor配體結(jié)合。Neuregulin受體復(fù)雜的重要組成部分,盡管neuregulin不單獨與之交互。GP30是一個潛在的配體受體。調(diào)節(jié)產(chǎn)物和周邊穩(wěn)定微管(MTs)?？偨Y(jié)：該蛋白質(zhì)序列的比對結(jié)果有100條，按得分降序排列，其中最大得分2373，最小得分分為1195. 該蛋白質(zhì)序列的氨基酸數(shù)為1255個，相對分子質(zhì)量為137910.5，等電點為5.58，由C、H、N、O、 S五種原子組成，共有19180個原子。該序列在280nm的波長下，假設(shè)所有成對的半胱氨酸殘基形成胱氨酸，則該序列的消光系數(shù)1.003；假設(shè)所有的半胱氨酸殘基都減少了，改序列的消光系數(shù)為0.976。半衰期為30小時(哺乳動物的網(wǎng)織紅細胞,體外)；> 20小時(酵母、體內(nèi))，> 10小時(大腸桿菌、體內(nèi))。該蛋白不穩(wěn)定系數(shù)為56.13，結(jié)果提示該蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。脂肪系數(shù)為82.35.該蛋白的GRAVY值為-0.247，通過親疏水性分析得出該蛋白為親水蛋白。三級結(jié)構(gòu)分