基于图的匹配方法预测蛋白质结构中的二硫键

二硫键和巯基在蛋白质结构功能中的作用及分析方法
田悦;杜军保
【期刊名称】《中华实用儿科临床杂志》
【年(卷),期】2007(022)019
【摘要】本文总结了二硫键和巯基在稳定蛋白质结构、实现蛋白质功能中的主要作用及二硫键和巯基在体内外各种条件下相互转化的影响因素.本文还综述了拉曼光谱这一结构生物学中重要研究手段的原理及在二硫键和巯基研究领域中应用.【总页数】3页(P1499-1501)
【作者】田悦;杜军保
【作者单位】北京大学第一医院,儿科,北京,100034;北京大学第一医院,儿科,北京,100034
【正文语种】中文
【中图分类】R729
【相关文献】
1.基于图的匹配方法预测蛋白质结构中的二硫键 [J], 史晓红;王燕;张凯;罗亮;许进
2.支持向量机方法预测蛋白质结构中的二硫键 [J], 王宝文;王水星;刘文远;于家新
3.中药合剂CB在晶状体白内障形成中对巯基及二硫键的作用 [J], 王克维
4.面条加工过程中蛋白质中巯基和二硫键的变化规律 [J], 李翠翠;马宇翔;闫慧丽;刘紫鹏
5.LVQ神经网络方法预测蛋白质结构中的二硫键 [J], 罗亮;史晓红;许进
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如何分析和解读判断蛋白有二硫键的结果？蛋白质中的二硫键是一种重要的化学键，能够在蛋白质结构和功能中发挥关键作用。

准确判断蛋白质中是否存在二硫键对于深入理解其结构和功能具有重要意义。

本文将重点介绍如何分析和解读判断蛋白质有二硫键的结果，帮助读者深入了解该领域的相关方法和步骤。

1.二硫键的形成和作用。

二硫键是两个半胱氨酸残基通过氧化反应形成的特殊化学键。

在蛋白质中，二硫键能够稳定蛋白质的立体结构，维持蛋白质的功能和稳定性。

了解二硫键的形成和作用是判断蛋白质中是否存在二硫键的基础。

2.生化实验方法。

判断蛋白质中是否存在二硫键的常用方法包括：2.1二硫键还原：通过还原试剂（如巯基乙醇）将二硫键还原为巯基，从而断开二硫键并使蛋白质在凝胶电泳中出现移动。

2.2还原条件下的质谱分析：利用质谱技术在还原条件下分析蛋白质的质量和离子荷质比，观察差异以判断是否存在二硫键。

2.3差异还原剂标记：使用含有差异还原剂的标记试剂标记蛋白质，通过质谱分析比较标记的蛋白质片段，以鉴定是否存在二硫键。

3.生物信息学方法。

生物信息学方法可以帮助预测蛋白质中是否存在二硫键，并提供判断的参考：3.1二硫键预测算法：通过分析蛋白质的氨基酸序列和结构特征，预测蛋白质中可能存在的二硫键。

3.2蛋白质结构数据库查询：利用已知蛋白质结构数据库，检索与目标蛋白质相似结构的蛋白质，并观察其是否存在已验证的二硫键。

4.结果解读与验证。

对于实验或预测得到的蛋白质二硫键结果，需要进行综合解读和验证：4.1结果的可靠性评估：评估实验方法或生物信息学方法的可靠性，并考虑结果的一致性和重复性。

4.2结果与蛋白质功能的关联：分析蛋白质的结构和功能特征，判断二硫键对蛋白质结构和功能的影响。

4.3进一步验证实验：通过其他实验方法验证蛋白质中是否存在二硫键，如质谱分析、X射线晶体学等。

5.结论。

准确判断蛋白质中是否存在二硫键对于深入理解蛋白质结构和功能具有重要意义。

通过生化实验方法和生物信息学方法的综合应用，可以有效分析和解读判断蛋白质有二硫键的结果。

二硫键定位分析二硫键是蛋白质中的一个重要结构单元，它是由两个半胱氨酸氨基酸残基中的硫原子在氧化环境下形成的，对于生物活性和功能起着决定性作用。

二硫键广泛存在于细胞表面受体、抗体、生长因子、激素、酶等蛋白质中，并且容易被还原或发生错误配对，导致原始多肽或蛋白质的结构和生物学活性受到影响。

二硫键定位分析通过确定蛋白质结构中二硫键位置和连接方式可以深入了解蛋白质的结构和功能。

在生物药物的制备和研发过程中，错误的二硫键配对可能会导致药物失效，甚至可能有潜在的安全风险，因此，对二硫键进行准确的检测和控制是生物制品表征中必不可少的。

图1 二硫键定位分析原理。

液相色谱质谱联用（LC-MS）技术的发展极大提高了检测的灵敏度和准确性，推动了二硫键分析的发展，也在二硫键定位分析中发挥着不可替代的作用。

百泰派克生物科技BTP通过CNAS/ISO9001双重质量体系认证。

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案例示意液相色谱质谱联用法定位二硫键，不进行还原处理，而是直接进行烷基化，这个步骤将游离的巯基封闭。

随后，进行酶切操作，将蛋白质分子切割成小片段。

在这个过程中，存在二硫键的半胱氨酸之间形成了特定的连接，导致分子量发生变化。

接下来，通过质谱仪采集数据，并使用相应的分析软件进行数据库匹配，从而得到二硫键的信息。

表1 二硫键分析。

Site：形成二硫键的半胱氨酸在蛋白中的位置；Enzyme：酶解蛋白所用的酶；Peptide：肽段序列；Peptide_Mass：肽段分子量；Mass_Error(ppm)：肽段的质量偏差。

蛋白游离二硫键预测
蛋白质中的游离二硫键预测通常涉及使用计算生物学方法，尤其是机器学习技术来分析蛋白质序列和结构数据。

以下是进行蛋白质游离二硫键预测时可能采取的一些步骤和技术：
1. 特征提取: 从蛋白质序列中提取有关半胱氨酸残基的特征，这包括氨基酸的物理化学属性、二级结构信息、溶剂可及性等。

这些特征有助于区分形成二硫键的半胱氨酸对与其他非成键半胱氨酸对。

2. 特征选择: 在提取的特征中选择最具有区分能力的特征子集。

这可以通过计算单个特征的得分完成，例如方差得分、费舍得分、拉普拉斯得分等，并结合相关性分析来选择最有代表性的特征集合。

3. 模型训练: 利用已知二硫键状态的蛋白质数据集作为训练集，通过监督学习方法训练分类器。

这些分类器可以是基于规则的模型、决策树、支持向量机、随机森林或深度学习模型等。

4. 模型验证: 在独立的测试集上评估所训练模型的性能，确保模型具有良好的泛化能力并能准确预测未知数据的二硫键状态。

5. 预测应用: 将经过训练和验证的模型应用于新的蛋白质序列，以预测其游离二硫键的存在和位置。

6. 实验验证: 虽然计算方法可以提供快速的预测结果，但最终还需要通过实验方法（如质谱分析、X射线晶体学或核磁共振）来验证
预测结果的准确性。

综上所述，随着技术的发展，计算方法已成为研究蛋白质结构和功能的重要工具，特别是在处理大量数据和复杂系统时，计算方法可以显著提高效率和降低成本。

然而，实验验证仍然是确定蛋白质结构和二硫键配置的金标准。

测定蛋白质中二硫键位置的经典方法1. 二硫键还原方法：通过还原蛋白质中的二硫键，使其断裂并形成巯基，然后通过化学反应或质谱分析等方法定位巯基的位置。

常用的还原剂包括二巯基丙醇、巴巴锡、二硫化碳等。

2. 红细胞凝集试验：利用二硫键的存在可以促使红细胞间的凝集反应。

该方法可以快速筛查蛋白质中的二硫键位置，但只能给出大致的结果，不能确定具体的二硫键位置。

3. 巯基标记方法：通过使用巯基化合物（如巯基乙基硫酸酯）标记蛋白质中的巯基，然后通过质谱分析等方法确定巯基的位置。

这种方法可以较准确地确定蛋白质中二硫键的位置，但需要进行复杂的实验操作和分析过程。

4. 立体化学分析：通过测定蛋白质中二硫键的立体结构，可以确定二硫键的位置。

常用的方法包括核磁共振（NMR）和X射线晶体学等。

5. 蛋白质结构预测：利用蛋白质的序列信息和结构模型，通过计算方法预测蛋白质中的二硫键位置。

这种方法可以快速预测二硫键的位置，但需要对蛋白质结构预测方法有一定的了解。

6. 蛋白质质谱分析：通过质谱分析蛋白质中的二硫键，可以确定二硫键的位置。

常用的质谱方法包括质子转移反应质谱（PTR-MS）、质谱成像等。

7. 单分子力谱：通过单分子力谱技术，可以直接测量蛋白质中二硫键的断裂力，从而确定二硫键的位置。

这种方法具有高分辨率和高灵敏度，但需要复杂的实验操作和数据处理。

8. 蛋白质电泳：通过蛋白质电泳分离和检测，可以确定蛋白质中二硫键的位置。

常用的电泳方法包括SDS-PAGE、非变性电泳等。

9. 硫醇还原法：通过使用硫醇还原剂如巴巴锡等，可以将蛋白质中的二硫键还原为巯基，然后通过化学反应或质谱分析等方法确定巯基的位置。

10. 蛋白质交联方法：通过使用交联试剂如二硫化亚砜等，可以将蛋白质中的巯基交联形成二硫键，然后通过质谱分析等方法确定二硫键的位置。

这种方法在研究蛋白质的亚单位组装和结构中起到重要作用。

测定蛋白质中二硫键位置的方法蛋白质是生命体内重要的生物大分子，其结构与功能密切相关。

蛋白质的结构由其氨基酸序列决定，其中二硫键是蛋白质分子内部结构的重要组成部分之一、二硫键是由两个半胱氨酸残基之间的共价连接形成的，对于蛋白质的稳定性和折叠起着至关重要的作用。

因此，测定蛋白质中二硫键的位置有助于我们理解其结构与功能之间的关系。

在过去的几十年里，许多方法已经开发出来，用于测定蛋白质中二硫键的位置。

下面将介绍其中的一些常用方法。

1.传统的氨基酸测定法：这是最常用的方法之一，通过将蛋白质分解成其组成的氨基酸，并使用还原剂将二硫键断裂为两个半胱氨酸残基，然后使用高压液相色谱仪分析这两个半胱氨酸残基。

这种方法的优点是简单易行，但需要大量的样品和时间。

2.牛肉胰酶法：这种方法利用牛肉胰蛋白酶的作用，它能够选择性地切割无神经胺的胰蛋白酶。

在无胰蛋白酶存在的情况下，二硫键会被胰蛋白酶断裂，形成均相混合物，然后分析这些产物的结构。

3.X射线晶体学：这种方法利用X射线对蛋白质晶体进行衍射，从而获得其高分辨率的结构信息。

根据X射线晶体学的结果，可以确定蛋白质中二硫键的位置。

然而，这种方法需要获得高质量的蛋白质晶体，并且操作较为复杂，对设备和技术要求较高。

4.使用氧先导原子力显微镜（AT-AFM）：这种方法基于扫描隧道显微镜技术，并利用电流记录蛋白质表面的电导率变化。

当存在二硫键时，其电导率会随着AFM探针的移动而变化。

通过这种方法，可以实时地观察到二硫键的位置和形成过程。

此外，近年来还有一些新兴的方法，如质谱法、核磁共振法、质谱成像等，也开始被应用于测定蛋白质中二硫键的位置。

这些新技术可以提供更高的灵敏度和分辨率，并且对样品需求更少。

但是，这些方法仍然处于探索和发展的阶段。

总的来说，测定蛋白质中二硫键位置的方法有很多种，每种方法都有其特定的优缺点。

选择适合的方法需要考虑样品的特性、实验的目的和设备的可用性。

随着科学技术的不断进步，我们相信未来将出现更多更先进的方法，帮助我们更好地理解蛋白质的结构和功能。

生物信息学_复习题及答案（打印）（1）一、名词解释：1.生物信息学：研究大量生物数据复杂关系的学科，其特征是多学科交叉，以互联网为媒介，数据库为载体。

利用数学知识建立各种数学模型; 利用计算机为工具对实验所得大量生物学数据进行储存、检索、处理及分析，并以生物学知识对结果进行解释。

2.二级数据库：在一级数据库、实验数据和理论分析的基础上针对特定目标衍生而来，是对生物学知识和信息的进一步的整理。

3.FASTA序列格式：是将DNA或者蛋白质序列表示为一个带有一些标记的核苷酸或者氨基酸字符串，大于号（>）表示一个新文件的开始，其他无特殊要求。

4.genbank序列格式：是GenBank 数据库的基本信息单位，是最为广泛的生物信息学序列格式之一。

该文件格式按域划分为4个部分：第一部分包含整个记录的信息（描述符）；第二部分包含注释；第三部分是引文区，提供了这个记录的科学依据；第四部分是核苷酸序列本身，以“//”结尾。

5.Entrez检索系统：是NCBI开发的核心检索系统，集成了NCBI 的各种数据库，具有链接的数据库多，使用方便，能够进行交叉索引等特点。

6.BLAST：基本局部比对搜索工具，用于相似性搜索的工具，对需要进行检索的序列与数据库中的每个序列做相似性比较。

P947.查询序列（query sequence）：也称被检索序列，用来在数据库中检索并进行相似性比较的序列。

P988.打分矩阵（scoring matrix）：在相似性检索中对序列两两比对的质量评估方法。

包括基于理论（如考虑核酸和氨基酸之间的类似性）和实际进化距离（如PAM）两类方法。

P299.空位（gap）：在序列比对时，由于序列长度不同，需要插入一个或几个位点以取得最佳比对结果，这样在其中一序列上产生中断现象，这些中断的位点称为空位。

P2910.空位罚分：空位罚分是为了补偿插入和缺失对序列相似性的影响，序列中的空位的引入不代表真正的进化事件，所以要对其进行罚分，空位罚分的多少直接影响对比的结果。

Abstract: “Double-First Class ” puts forward higher requirements for experimental courses in the universities, and puts more emphasis on practical and exploratory learning. However, the content of existing biology experimental courses has lagged behind the development process of modern life science. Therefore, the undergraduates have few opportunities to understand the frontier of life science. Recently ，large-scale scientific research instruments play an increasingly important role in life science. For example, the mass spectrometer has become an indispensable tool for proteomics research, but the application of large-scale scientific instruments in the universities is less, which needs to be solved urgently. Therefore, the experimental course was offered to analyze the disulfide bonds in bovine serum albumin using mass spectrometry. It not only renders undergraduates understand the principle of protein identification using mass spectrometry, but also enables them to master bioinformatic software. It is of great significance to cultivate interdisciplinary talents in the fields of chemistry, life, computer science.Key words:Large scientific instruments; Mass spectrometer; Proteomics, Disulfide bond基于生物质谱分析牛血清白蛋白二硫键的课程设计李诺敏，韦秋实，信树辰，魏琳洋，李勤，张永谦*（北京理工大学生命学院，北京 100081）Course Design of Identification of Disulfide Bonds of Bovine Serum Albumin Using Mass SpectrometryLI Nuomin ，Qiushi Wei ，Shuchen Xin ，Linyang Wei ，LI Qin, Yongqian Zhang *（Beijing Institute of Technology, Beijing 100081)摘要：“双一流”对于高校实验课程提出了更高要求，更加强调实践与探究性学习，然而现有的生物学实验课程教学内容已落后于现代生命科学的发展进程，难以向学生展现生命科学研究前沿。