蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的原理與方法

關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的原理與方法1§6.1概述第2頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3一、基本概念蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測：指從蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測出其三維空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)折疊：指蛋白質(zhì)的氨基酸序列可折疊成具有生物活性的三維空間結(jié)構(gòu)。第二套遺傳密碼：蛋白質(zhì)的氨基酸序列與其三維空間結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。第3頁,共79頁，2024年2月25日，星期天4序列模體（motif)：通常指蛋白質(zhì)序列中相鄰或相近的一組具有保守性的殘基（或稱基序），它與蛋白質(zhì)分子及其家族的功能有關(guān)。第4頁,共79頁，2024年2月25日，星期天5二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獲得圓二色性（circulardichroism,CD），描繪了不對稱分子的用左右圓偏振光吸收差異譜表示的光學(xué)活性。在160-240nm的CD光譜可以快速了解蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，因為α螺旋，β折疊和卷曲產(chǎn)生不同的CD譜。X射線晶體衍射核磁共振光譜（nuclearmagneticresonancespectroscopy，NMR）第5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天6三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測要解決的問題蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測問題 “序列-結(jié)構(gòu)-功能”三者之間的關(guān)系….-Gly-Ala-Glu-Phe-….FUNCTION第6頁,共79頁，2024年2月25日，星期天7

又稱蛋白質(zhì)侵染因子。朊病毒是一類能侵染動物并在宿主細胞內(nèi)復(fù)制的小分子無免疫性疏水蛋白質(zhì)。目前發(fā)現(xiàn)的由朊病毒引起的疾病并不多，主要有：人類中的庫魯病（Kuru?。⒖恕攀暇C合癥（CJD）、格斯特曼綜合癥（GSS）及致死性家族性失眠癥（FFI），動物中的水貂腦軟化病，羊搔癥，馬鹿和鹿的慢性消瘦?。ㄎs病），貓的海綿狀腦病，瘋牛病。這些疾病主要是引起神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉組織的損壞。案例：朊病毒第7頁,共79頁，2024年2月25日，星期天8β折疊，正常3％致病43％第8頁,共79頁，2024年2月25日，星期天9致病機理1982年普魯辛納提出了朊病毒致病的“蛋白質(zhì)構(gòu)象致病假說”，以后魏斯曼等人對其逐步完善。其要點如下：①朊病毒蛋白有兩種構(gòu)象：細胞型（正常型PrPc）和瘙癢型（致病型PrPsc）。兩者的主要區(qū)別在于其空間構(gòu)象上的差異。PrPc僅存在a螺旋，而PrPsc有多個β折疊存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解；②Prpsc可脅迫PrPc轉(zhuǎn)化為PrPsc，實現(xiàn)自我復(fù)制，并產(chǎn)生病理效應(yīng)；③基因突變可導(dǎo)致細胞型PrPsc中的α螺旋結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，至一定量時產(chǎn)生自發(fā)性轉(zhuǎn)化，β片層增加，最終變?yōu)镻rPsc型，并通過多米諾效應(yīng)倍增致病。第9頁,共79頁，2024年2月25日，星期天10….-Gly-Ala-Glu-Phe-….結(jié)構(gòu)預(yù)測問題FUNCTION?關(guān)鍵限制因素第10頁,共79頁，2024年2月25日，星期天11解決方法….-Gly-Ala-Glu-Phe-….FUNCTION！解決方案第11頁,共79頁，2024年2月25日，星期天12四、蛋白質(zhì)預(yù)測的一般流程第12頁,共79頁，2024年2月25日，星期天13五、影響蛋白質(zhì)折疊的因素影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的非共價鍵有：①范德華力。②偶極相互作用。③部分電荷或完整電荷間靜電相互作用。④氫鍵。氫鍵是形成蛋白質(zhì)中規(guī)則二級結(jié)構(gòu)的主要作用力。⑤熵效應(yīng)。除了原子間的共價連接以外，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成及穩(wěn)定性在很大程度上依賴于非鍵相互作用。第13頁,共79頁，2024年2月25日，星期天14熵效應(yīng)：是熱力學(xué)的一個概念。它是指在一個封閉的并存在能量差異的系統(tǒng)中，雖然系統(tǒng)內(nèi)總能量保持守衡，但能量卻總是不可逆轉(zhuǎn)地由高能區(qū)向低能區(qū)流動，最終達到能量的分散與平衡的一種狀態(tài)和趨勢。第14頁,共79頁，2024年2月25日，星期天§6.2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析第15頁,共79頁，2024年2月25日，星期天16一、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)依據(jù)不同的層次可以分為四類：1）一級結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）2）二級結(jié)構(gòu)（規(guī)則結(jié)構(gòu)，如a螺旋、

折疊）3）三級結(jié)構(gòu)（簡單蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)，或復(fù)雜蛋白質(zhì)亞基的三維空間結(jié)構(gòu)）4）四級結(jié)構(gòu)（亞基的組裝）第16頁,共79頁，2024年2月25日，星期天17….-Gly-Ala-Glu-Phe-….一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)第17頁,共79頁，2024年2月25日，星期天18四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)：由多個亞基組成的蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)。五級結(jié)構(gòu)（quinternarystructure):蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與核酸相互作用時的空間位置關(guān)系。第18頁,共79頁，2024年2月25日，星期天19二、周期性的二級結(jié)構(gòu)1）α螺旋是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中最常見的二級結(jié)構(gòu)，由于在α螺旋內(nèi)部每隔3－4個氨基酸殘基形成氫鍵，因而本身的穩(wěn)定性較好。α螺旋由于與溶劑的作用或中間有脯氨酸等也會發(fā)生彎曲。不同的殘基對于α螺旋中間部位及N端或C端出現(xiàn)的傾向性不同。2）β折疊片是由帶狀的β折疊股間形成氫鍵而構(gòu)成的，在氨基酸序列上往往是不連續(xù)的。幾乎所有的β折疊片在沿著β折疊股的方向均發(fā)生右手的扭曲，在β折疊股間形成左手的扭曲。某些殘基傾向于出現(xiàn)在β折疊中。第19頁,共79頁，2024年2月25日，星期天20三、非周期性的二級結(jié)構(gòu)連接規(guī)則二級結(jié)構(gòu)間的區(qū)域統(tǒng)稱為環(huán)區(qū)（loop或Coil，簡寫為C），這些環(huán)區(qū)本身的結(jié)構(gòu)也是遵循一定規(guī)律的。①β轉(zhuǎn)角是由四個殘基構(gòu)成的，使得蛋白質(zhì)主鏈的走向形成180度的回折。β轉(zhuǎn)角可以分為幾種特定的類型，并具有一定的氨基酸殘基傾向性。②由三個殘基構(gòu)成的主鏈的回折稱之為

轉(zhuǎn)角。③反平行的β折疊形成的β發(fā)夾具有特定的結(jié)構(gòu)。α螺旋間的短連接具有特定的結(jié)構(gòu)與堆積。④當(dāng)較大的環(huán)區(qū)的N端與C端靠近時就形成

環(huán)。⑤非規(guī)則性環(huán)區(qū)也可以按照其平面性、手性及N端與C端的相對位置進行分類。第20頁,共79頁，2024年2月25日，星期天21α折疊β折疊α/β折疊α+β折疊第21頁,共79頁，2024年2月25日，星期天22四、超二級結(jié)構(gòu)

二級結(jié)構(gòu)間特定的組合構(gòu)成超二級結(jié)構(gòu)。1)α螺旋一般以特定的角度相堆積，使得一個螺旋的突出部分及凹槽部分與另外一個螺旋的凹槽部分及突出部分相嵌合。2)β折疊片/β折疊片、α螺旋/β折疊片間的堆積有常出現(xiàn)的特定模式。β折疊片中的β折疊股以多種拓撲結(jié)構(gòu)相連接，如希臘鑰匙型結(jié)構(gòu)等。平行的β折疊股間的連接（特別是βαβ單元）總是右手型的。隨著已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的增加，不斷有新的超二級結(jié)構(gòu)類型出現(xiàn)。第22頁,共79頁，2024年2月25日，星期天23五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的折疊模式與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域（domain）:是蛋白質(zhì)分子中介于二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)層次。在分子量較大的球形蛋白質(zhì)分子中，一條多肽鏈可能折疊成兩個或多個空間上互相獨立的區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域可以按照二級結(jié)構(gòu)的種類及排列方式進行分類：①主要含有α螺旋的α/α結(jié)構(gòu)；②主要含有β折疊片的β/β結(jié)構(gòu)；③以α螺旋和β折疊交替出現(xiàn)的α/β結(jié)構(gòu)；④混和型的α＋β結(jié)構(gòu)；⑤小于100殘基的不含有明顯規(guī)則二級結(jié)構(gòu)的小蛋白。1蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的折疊模式第23頁,共79頁，2024年2月25日，星期天242蛋白質(zhì)折疊模式的有限性研究表明，一些序列／功能很不同的蛋白質(zhì)采用類似的結(jié)構(gòu)，這就提示人們蛋白質(zhì)折疊模式的種類可能是有限的。當(dāng)務(wù)之急發(fā)展快速的能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)的折疊類型進行識別的方法。第24頁,共79頁，2024年2月25日，星期天253蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫對于蛋白質(zhì)預(yù)測具有重要的意義。兩個重要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫：1）SCOP數(shù)據(jù)庫2）CATH數(shù)據(jù)庫第25頁,共79頁，2024年2月25日，星期天26六、蛋白質(zhì)的進化1）同源性的蛋白質(zhì)（homologousprotein）是從一個共同的祖先進化而來的，往往具有相關(guān)的功能（例如絲氨酸蛋白酶）并采取相似的三維結(jié)構(gòu)。2）序列的相似性有時可低到20％以下，但三維結(jié)構(gòu)在總體上是保守的。3）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心在序列上及三維結(jié)構(gòu)上均比表面環(huán)區(qū)更保守。同源的蛋白質(zhì)往往具有相似的三維結(jié)構(gòu)；但具有相似的三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)序列不一定是同源的。第26頁,共79頁，2024年2月25日，星期天§6.3二級結(jié)構(gòu)預(yù)測第27頁,共79頁，2024年2月25日，星期天28

蛋白質(zhì)序列：

二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的主要組成部分之一。第28頁,共79頁，2024年2月25日，星期天29一、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測概述蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的基本依據(jù)是： 每一段相鄰的氨基酸殘基具有形成一定二級結(jié)構(gòu)的傾向。二級結(jié)構(gòu)預(yù)測問題是模式分類問題二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的目標：判斷每一段中心的殘基是否處于

螺旋、

折疊、轉(zhuǎn)角（或其它狀態(tài)）之一的二級結(jié)構(gòu)態(tài)，即三態(tài)。

第29頁,共79頁，2024年2月25日，星期天30基本策略（1）

相似序列→相似結(jié)構(gòu)QLMGERIRARRKKLKQLMGAERIRARRKKLK第30頁,共79頁，2024年2月25日，星期天31二、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的意義蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測不僅僅可以給出二級結(jié)構(gòu)信息，在實際工作中有廣泛的用途。①由蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)統(tǒng)計分析得到的規(guī)則可用于全新蛋白質(zhì)設(shè)計或蛋白質(zhì)突變體的設(shè)計。②當(dāng)序列同源性較低時，二級結(jié)構(gòu)的指認有助于確定蛋白質(zhì)間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。③在同源蛋白質(zhì)模建中，二級結(jié)構(gòu)預(yù)測有助于建立正確的序列比對關(guān)系。④在基于二級結(jié)構(gòu)片段堆積的三級結(jié)構(gòu)預(yù)測中正確的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測是第一步。⑤二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測有助于多維核磁共振中二級結(jié)構(gòu)的指認，同時也有助于晶體結(jié)構(gòu)的解析。第31頁,共79頁，2024年2月25日，星期天32三、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的主要方法二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的方法大體分為三代：第一代是基于單個氨基酸殘基統(tǒng)計分析從有限的數(shù)據(jù)集中提取各種殘基形成特定二級結(jié)構(gòu)的傾向，以此作為二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的依據(jù)。第二代預(yù)測方法是基于氨基酸片段的統(tǒng)計分析統(tǒng)計的對象是氨基酸片段片段的長度通常為11-21片段體現(xiàn)了中心殘基所處的環(huán)境在預(yù)測中心殘基的二級結(jié)構(gòu)時，以殘基在特定環(huán)境形成特定二級結(jié)構(gòu)的傾向作為預(yù)測依據(jù)第32頁,共79頁，2024年2月25日，星期天33第一代和第二代預(yù)測方法對三態(tài)預(yù)測的準確率都小于70%，而對

折疊預(yù)測的準確率僅為28

48%。其主要原因是只利用局部信息第三代方法:考慮多條序列的同源進化信息運用長程信息和蛋白質(zhì)序列的進化信息準確度有了比較大的提高第33頁,共79頁，2024年2月25日，星期天341Chou－Fasman方法

Chou－Fasman方法曾經(jīng)是、現(xiàn)在仍然是最為普遍應(yīng)用的方法。其基本出發(fā)點在于對于蛋白質(zhì)20種不同的氨基酸殘基在不同的二級結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的幾率進行統(tǒng)計分析得出在不同二級結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的傾向性。2GOR方法

GOR（Garnier－Osguthorpe－Robson）方法基于信息論算法，是所有統(tǒng)計算法中理論基礎(chǔ)最好的。3最近鄰居方法在最近鄰居方法（nearestneighbormethod）中新測定的序列被歸類于與已知的最相近的序列具有相同的二級結(jié)構(gòu)。第34頁,共79頁，2024年2月25日，星期天354神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相對而言神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法便于應(yīng)用，有較高的預(yù)測準確度。最大的缺點是沒有明確的物理化學(xué)意義。

其中PHD方法是廣泛應(yīng)用的預(yù)測方法。5基于多重序列比對的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測基于單個序列的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法的預(yù)測準確度相對較低，大約在58％左右。而基于多重序列比對的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法PSI-PRED的預(yù)測準確度可達到77％。第35頁,共79頁，2024年2月25日，星期天36四、二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的準確度二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法針對不同蛋白質(zhì)所給出的準確度可能會有很大差別。1）單序列的預(yù)測準確度在60％左右。2）應(yīng)用多重序列對比信息的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測準確度在65％～85％之間。第36頁,共79頁，2024年2月25日，星期天37五、二級結(jié)構(gòu)在線預(yù)測許多蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測程序可以從因特網(wǎng)上免費下載至本地計算機進行蛋白二級結(jié)構(gòu)預(yù)測。另外，還可以進行在線計算：可以通過送Email的方式，也可以在因特網(wǎng)上實時計算。可以進行二級結(jié)構(gòu)在線預(yù)測兩個網(wǎng)站為：1．PHD算法

PredictProtein網(wǎng)站的地址為：

/2．SSPro4.0(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）

/

第37頁,共79頁，2024年2月25日，星期天38PredictProtein/可以獲得功能預(yù)測、二級結(jié)構(gòu)、基序、二硫鍵結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域等許多蛋白質(zhì)序列的結(jié)構(gòu)信息該方法的平均準確率超過72%，最佳殘基預(yù)測準確率達90%以上。因此，被視為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的標準。需要學(xué)術(shù)郵箱注冊第38頁,共79頁，2024年2月25日，星期天39PredictProtein提交界面第39頁,共79頁，2024年2月25日，星期天401D序列預(yù)測PROFsec（默認）是PHDsec的改進版本：基于輪廓（profile）的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)PROFacc（默認）基于輪廓（profile）的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測殘基溶劑可及性PHDhtm（默認）基于多序列比對預(yù)測跨膜區(qū)位置和拓撲結(jié)構(gòu)ASP（默認）識別二級結(jié)構(gòu)中構(gòu)型變化的氨基酸COILS（默認）識別卷曲螺旋PROFtmb識別革蘭氏陰性菌膜Beta桶蛋白結(jié)構(gòu)序列基序識別ProSite（默認）搜索序列中保守基序SEG（默認）過濾序列中低復(fù)雜區(qū)域PredictNLS（默認）基于實驗數(shù)據(jù)預(yù)測序列核定位區(qū)域二硫鍵識別DISULFIND（默認）識別序列中二硫鍵位置折疊子識別AGAPE基于折疊結(jié)構(gòu)識別遠源蛋白序列殘基接觸預(yù)測PROFcon預(yù)測單鏈中原子殘基接觸性結(jié)構(gòu)域預(yù)測ProDom（默認）基于序列同源性來預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域CHOP預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)表面識別ConSeq預(yù)測蛋白質(zhì)表面結(jié)構(gòu)功能關(guān)鍵區(qū)域分析方法程序詳解第40頁,共79頁，2024年2月25日，星期天41跨膜區(qū)非跨膜區(qū)第41頁,共79頁，2024年2月25日，星期天42LoopHelixSheet第42頁,共79頁，2024年2月25日，星期天43第43頁,共79頁，2024年2月25日，星期天44結(jié)果發(fā)送至郵箱第44頁,共79頁，2024年2月25日，星期天45結(jié)果直接發(fā)送至郵箱，如下：第45頁,共79頁，2024年2月25日，星期天46(a)-TypeImembraneprotein(b)-TypeIImembraneprotein(c)-Multipasstransmembraneproteins（多通道跨膜蛋白）(d)-Lipidchain-anchoredmembraneproteins(鏈吸附酯膜蛋白）(e)-GPI-anchoredmembraneproteins（GPI吸附膜蛋白）（糖基磷脂酰肌醇）

六、蛋白質(zhì)跨膜區(qū)分析第46頁,共79頁，2024年2月25日，星期天47α螺旋跨膜區(qū)主要是由20-30個疏水性氨基酸（Leu、Ile、Val、Met、Gly、Ala等）組成。親水殘基往往出現(xiàn)在疏水殘基之間，對功能有重要的作用?；谟H/疏水量和蛋白質(zhì)膜區(qū)每個氨基酸的統(tǒng)計學(xué)分布偏好性量。蛋白質(zhì)跨膜區(qū)特性第47頁,共79頁，2024年2月25日，星期天48跨膜蛋白序列“邊界”原則

-LandoltMarticorenaetal.,1993

胞外末端－Asp（天冬氨酸）、Ser（絲氨酸）和Pro（脯氨酸）胞外-內(nèi)分界區(qū)域－Trp（色氨酸）跨膜區(qū)－Leu（亮氨酸）、Ile（異亮氨酸）、Val（纈氨酸）、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）胞內(nèi)-外分界區(qū)域－Tyr（酪氨酸）、Trp（色氨酸）和Phe（苯丙氨酸）胞內(nèi)末端－Lys（賴氨酸）和Arg（精氨酸）第48頁,共79頁，2024年2月25日，星期天常用蛋白質(zhì)跨膜區(qū)域分析工具工具網(wǎng)站備注DAShttp://www.sbc.su.se/~miklos/DAS/用DenseAlignmentSurface（DAS）算法來預(yù)測無同源家族的蛋白跨膜區(qū)HMMTOPhttp://www.enzim.hu/hmmtop/由Enzymology研究所開發(fā)的蛋白質(zhì)跨膜區(qū)和拓撲結(jié)構(gòu)預(yù)測程序SOSUIhttp://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/由Nagoya大學(xué)開發(fā)一個具有圖形顯示跨膜區(qū)的程序TMAPhttp://bioinfo.limbo.ifm.liu.se/tmap/基于多序列比對來預(yù)測跨膜區(qū)的程序TMHMMhttp://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0基于HMM方法的蛋白質(zhì)跨膜區(qū)預(yù)測工具TMpred/software/TMPRED_form.html基于對TMbase數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計分析來預(yù)測蛋白質(zhì)跨膜區(qū)和跨膜方向TopPredhttp://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/toppred.html是一個位于法國的蛋白質(zhì)拓撲結(jié)構(gòu)預(yù)測程序第49頁,共79頁，2024年2月25日，星期天50TMpredTMpred工具：/software/TMPRED_form.html依靠跨膜蛋白數(shù)據(jù)庫Tmbase預(yù)測跨膜區(qū)和跨膜方向在Expasy網(wǎng)站上有鏈接：/tools/第50頁,共79頁，2024年2月25日，星期天51第51頁,共79頁，2024年2月25日，星期天52主要參數(shù)/選項序列在線提交形式：直接貼入蛋白序列填寫SwissProt/TrEMBL/EMBL/EST的ID或AC輸出格式最短和最長的跨膜螺旋疏水區(qū)長度輸入序列名（可選）選擇序列的格式貼入protein.txt蛋白質(zhì)序列第52頁,共79頁，2024年2月25日，星期天53輸出結(jié)果包含四個部分可能的跨膜螺旋區(qū)相關(guān)性列表可能的跨膜螺旋區(qū)相關(guān)性列表位置分值片段中點位置第53頁,共79頁，2024年2月25日，星期天5454

跨膜拓撲模型及圖示建議的跨膜拓撲模型每一位置計算分值最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)第54頁,共79頁，2024年2月25日，星期天55TMHMMhttp://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/第55頁,共79頁，2024年2月25日，星期天56輸出結(jié)果第56頁,共79頁，2024年2月25日，星期天§6.4三級結(jié)構(gòu)預(yù)測第57頁,共79頁，2024年2月25日，星期天58三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與一維序列數(shù)據(jù)在量上增長速度嚴重不協(xié)調(diào)。原因：1直接測定法：速度慢2預(yù)測法：在方法上，還沒有一個方法或程序可以真正做到所謂的“從頭”預(yù)測蛋白的三維結(jié)構(gòu)。第58頁,共79頁，2024年2月25日，星期天59一、同源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測又稱同源模型化方法主要思想： 對于一個未知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，找到一個已知結(jié)構(gòu)的同源蛋白質(zhì)，以該蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為模板，為未知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)建立結(jié)構(gòu)模型。依據(jù)：任何一對蛋白質(zhì)，如果兩者的序列等同部分超過30%，則它們具有相似的三維結(jié)構(gòu)，即兩個蛋白質(zhì)的基本折疊相同，只是在非螺旋和非折疊區(qū)域的一些細節(jié)部分有所不同。

第59頁,共79頁，2024年2月25日，星期天60同源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的方法

1）片段組裝法：SWISS-MODEL2）距離幾何法：MODELLERSWISS-MODEL://SWISS-MODEL.html第60頁,共79頁，2024年2月25日，星期天61第61頁,共79頁，2024年2月25日，星期天62第62頁,共79頁，2024年2月25日，星期天63最后的預(yù)測結(jié)果第63頁,共79頁，2024年2月25日，星期天64模板序列與查詢序列的裝載結(jié)構(gòu)的精細比對分子骨架的形成側(cè)鏈形成和優(yōu)化加入氫原子、優(yōu)化回環(huán)能量最小化、結(jié)構(gòu)封裝SWISS-MODEL的工作過程：第64頁,共79頁，2024年2月25日，星期天65二、蛋白質(zhì)折疊類型識別又稱線索化方法有很多蛋白質(zhì)具有相似的空間結(jié)構(gòu)，但它們的序列等同部分小于25%，即遠程同源。對于這類蛋白質(zhì)，很難通過序列比對找出它們之間的關(guān)系，必須設(shè)計新的分析方法。第65頁,共79頁，2024年2月25日，星期天66對于一個未知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（U），

如果找到一個已知結(jié)構(gòu)的遠程同源蛋白質(zhì)（T），

那么可以根據(jù)T的結(jié)構(gòu)模板通過遠程同源模型化方法建立U的三維結(jié)構(gòu)模型。UT（遠程同源）第66頁,共79頁，2024年2月25日，星期天67線索化的主要思想：利用氨基酸的結(jié)構(gòu)傾向（如形成二級結(jié)構(gòu)的傾向、疏水性、極性等），評價一個序列所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)是否能夠適配到一個給定的結(jié)構(gòu)環(huán)境中。第67頁,共79頁，2024年2月25日，星期天68線索化方法一般有5個基本組成部分：（1）已知三維折疊結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫；（2）一種適合于進行序列-結(jié)構(gòu)比對的三維折疊信息的表示方法；（3）一個序列-結(jié)構(gòu)匹配函數(shù)，該函數(shù)對匹配程度進行打分；（4）建立最優(yōu)線索的策略，或者是進行序列-結(jié)構(gòu)比對的策略；（5）一種評價序列-結(jié)構(gòu)比對顯著性的方法。第68頁,共79頁，2024年2月25日，星期天69假設(shè)存在有限數(shù)目的核心折疊（corefolds）核心折疊實際上是構(gòu)成蛋白質(zhì)空間形狀的基本模式。建立核心折疊數(shù)據(jù)庫預(yù)測----建立線索U序列與數(shù)據(jù)庫核心折疊比對取最佳核心折疊U結(jié)構(gòu)模型第69頁,共79頁，2024年2月25日，星期天70http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/~phyre/index.cgiphyre與已知折疊子比對第70頁,共79頁，2024年2月25日，星期天71三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)從頭預(yù)測在既沒有已知結(jié)構(gòu)的同源蛋白質(zhì)、也沒有已知結(jié)構(gòu)的遠程同源蛋白質(zhì)的情況下，上述兩種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的方法都不能用，這時只能采用從頭預(yù)測方法，即直接或僅僅根據(jù)序列本身來預(yù)測其結(jié)構(gòu)。第71頁,共79頁，2024年2月25日，星期天72從頭預(yù)測方法一般由下列3個部分組成：（1）一種蛋白質(zhì)幾何的表示方法

由于表示和處理所有原子和溶劑環(huán)境的計算開銷非常大，因此需要對蛋白質(zhì)和溶劑的表示形式作近似處理。（2）一種勢函數(shù)及其參數(shù)

通過對已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)進行統(tǒng)計分析確定勢函數(shù)中的各個參數(shù)。（3）一種構(gòu)象空間搜索技術(shù)

構(gòu)象空間搜索和勢函數(shù)的建立是從頭預(yù)測方法的關(guān)鍵。第72頁,共79頁，2024年2月25日，星期天73能量函數(shù)和優(yōu)化