生物信息学原理与方法-第九讲蛋白质序列分析与预测29页PPT
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第九章 蛋白质序列分析与结构预测一种生物体的基因组规定了所有构成该生物体的蛋白质,基因规定了组成蛋白质的氨基酸序列。
虽然蛋白质由氨基酸的线性序列组成,但是,它们只有折叠成特定的空间构象才能具有相应的活性和相应的生物学功能。
了解蛋白质的空间结构不仅有利于认识蛋白质的功能,也有利于认识蛋白质是如何执行其功能的。
确定蛋白质的结构对于生物学研究是非常重要的。
目前,蛋白质序列数据库的数据积累的速度非常快,但是,已知结构的蛋白质相对比较少。
尽管蛋白质结构测定技术有了较为显著的进展,但是,通过实验方法确定蛋白质结构的过程仍然非常复杂,代价较高。
因此,实验测定的蛋白质结构比已知的蛋白质序列要少得多。
另一方面,随着DNA测序技术的发展,人类基因组及更多的模式生物基因组已经或将要被完全测序,DNA序列数量将会急增,而由于DNA序列分析技术和基因识别方法的进步,我们可以从DNA推导出大量的蛋白质序列。
这意味着已知序列的蛋白质数量和已测定结构的蛋白质数量(如蛋白质结构数据库PDB中的数据)的差距将会越来越大。
人们希望产生蛋白质结构的速度能够跟上产生蛋白质序列的速度,或者减小两者的差距。
那么如何缩小这种差距呢?我们不能完全依赖现有的结构测定技术,需要发展理论分析方法,这对蛋白质结构预测提出了极大的挑战。
20世纪60年代后期,Anfinsen首先发现去折叠蛋白或者说变性(denatured)蛋白质在允许重新折叠的实验条件下可以重新折叠到原来的结构,这种天然结构(native structure)对于蛋白质行使生物功能具有重要作用,大多数蛋白质只有在折叠成其天然结构的时候才能具有完全的生物活性。
自从Anfinsen提出蛋白质折叠的信息隐含在蛋白质的一级结构中,科学家们对蛋白质结构的预测进行了大量的研究,分子生物学家将有可能直接运用适当的算法,从氨基酸序列出发,预测蛋白质的结构。
本章主要着重介绍蛋白质二级结构及空间结构预测的方法。
生物信息学中的蛋白质序列分析与预测研究蛋白质是生命体中至关重要的分子,它们在细胞功能和结构的调控中发挥着重要的作用。
蛋白质的序列决定了其结构和功能,因此蛋白质序列的分析和预测成为生物信息学研究的重要方向之一。
本文将重点介绍蛋白质序列分析和预测的方法与技术,以及在生物学研究中的应用。
蛋白质序列的分析是指根据蛋白质的氨基酸序列,通过一系列的计算和分析方法,对其结构和功能进行研究的过程。
蛋白质序列分析的方法有很多,其中最常用的包括:比对分析、同源建模、序列特征分析和亚细胞定位预测。
首先,比对分析是蛋白质序列分析的基础方法之一。
通过将待分析的蛋白质序列与已知的蛋白质序列数据库进行比对,可以找到与之相似的序列,进而推测蛋白质的结构和功能。
比对分析常用的工具有BLAST和PSI-BLAST等,它们通过比较序列之间的相似性和一致性,确定序列的保守区域和结构域,从而揭示蛋白质的功能。
其次,同源建模是一种根据已知蛋白质的结构来预测未知蛋白质的结构的方法。
在同源建模中,通过比对已知蛋白质的结构与待预测蛋白质的序列,找到与之相似的蛋白质结构作为模板,并利用模板的结构信息,预测待预测蛋白质的结构。
同源建模的常用工具有SWISS-MODEL和Phyre2等。
同源建模不仅可以预测蛋白质的三维结构,还可以提供结构功能的启示,从而推测其功能。
另外,序列特征分析也是蛋白质序列分析的重要方向之一。
序列特征分析通过对蛋白质序列中的特定模式、保守区域和功能位点进行分析,揭示蛋白质的结构和功能。
常用的序列特征分析方法包括信号肽预测、跨膜区域识别、功能位点预测和蛋白质域识别等。
这些方法通过分析蛋白质序列中的特定特征,揭示蛋白质的功能和结构。
最后,亚细胞定位预测是蛋白质序列分析的一个重要方向。
蛋白质在细胞中的定位决定了其在细胞内发挥的功能,因此准确预测蛋白质的亚细胞定位对于理解其功能至关重要。
亚细胞定位预测通过分析蛋白质序列中的亚细胞定位信号和保守区域,预测蛋白质的亚细胞定位位置。
蛋白质序列分析和结构预测【实验目的】1、掌握蛋白质序列检索的操作方法;2、熟悉蛋白质基本性质分析;3、熟悉基于序列同源性分析的蛋白质功能预测,了解基于motif、结构位点、结构功能域数据库的蛋白质功能预测;4、了解蛋白质结构预测。
【实验内容】1、使用Entrez信息查询系统检索人瘦素 (leptin)蛋白质序列;2、使用EXPASY中有关工具对上述蛋白质序列进行分子质量、氨基酸组成等基本性质分析;3、对瘦素蛋白质序列进行基于NCBI/Blast软件的蛋白质同源性分析;4、对瘦素蛋白质序列进行motif结构分析、翻译后修饰等的预测【实验方法】1、瘦素蛋白质序列的检索:(1)调用Internet浏览器并在其地址栏输入Entrez网址/Entrez(2)选择protein;(3)在输入栏输入homo sapiens leptin;(4)点击search后显示序列接受号及序列名称;(5)点击序列接受号后显示序列详细信息;(6)将序列转为FASTA格式保存;2、进入EXPASY网站使用有关软件进行蛋白质序列分析和结构预测。
(1)选择Protparam程序对蛋白质序列进行分子质量、氨基酸组成和等电点等基本性质分析;(2)蛋白质的同源性搜索分析,NCBI的BLAST;(3)在Pattern and profile searches中选择interPro Scan 进行结构域或motif搜索以及有关结构域的结构分析(4)在post-translational modification prediction 选择signalP 对蛋白质序列进行信号肽预测分析【作业】提交使用上述软件对瘦素蛋白质序列进行基本性质分析、同源性分析、motif 结构分析以及信号肽折叠位点预测的结果附:【实验方法】1、瘦素蛋白质序列的检索:(1)调用Internet浏览器并在其地址栏输入Entrez网址(/Entrez);(2)选择protein;(3)在输入栏输入homo sapiens leptin;(4)点击go后显示序列接受号及序列名称;(5)点击序列接受号后显示序列详细信息;(6)将序列转为FASTA格式保存;2、进入EXPASY网站http://www.expasy.ch/tools/使用有关软件进行蛋白质序列分析和结构预测。
蛋白质的序列分析及结构预测蛋白质序列分析和结构预测是生物信息学中的一个重要研究领域。
蛋白质是生物体内具有功能的大分子,其结构决定了其功能。
了解蛋白质序列和结构可以帮助我们研究蛋白质的功能和生物过程。
蛋白质序列分析的第一步是进行蛋白质的序列比对。
蛋白质序列比对可以帮助我们找到相似的序列,从而进行进一步的研究。
常用的序列比对方法包括序列比对算法和数据库算法。
序列比对可以通过计算序列之间的相似性来研究蛋白质的进化关系和功能。
在序列比对的基础上,可以进行蛋白质的结构预测。
蛋白质结构预测是确定蛋白质在空间中的三维结构。
蛋白质的结构决定了其功能,所以了解蛋白质的结构对于研究蛋白质的功能和相互作用很重要。
蛋白质结构预测包括以下几种方法。
第一种方法是模板比对。
模板比对是基于已知蛋白质结构库的比对方法。
通过比对蛋白质序列和已知结构的序列,可以预测出蛋白质的结构。
这种方法利用已知结构和序列的对应关系,可以预测出蛋白质的结构。
第二种方法是基于物理性质的结构预测。
这种方法基于蛋白质的物理性质,通过计算蛋白质分子的力学能量和动力学来预测蛋白质的结构。
这种方法较为复杂,需要大量的计算资源。
第三种方法是基于机器学习的结构预测。
机器学习是一种利用算法和统计学方法来训练和预测的方法。
这种方法可以利用蛋白质的序列和结构的关系来预测蛋白质的结构。
利用机器学习方法,可以通过大量的样本和特征来训练模型,从而预测蛋白质的结构。
蛋白质序列分析和结构预测是生物信息学中的重要研究领域。
通过对蛋白质序列和结构的研究,可以揭示蛋白质的功能和生物过程。
这对于研究蛋白质的功能和疾病的机制有重要的意义,并为药物设计和治疗提供了理论基础。