核酸和蛋白质序列分析
在获得一个基因序列后，需要对其进行生物信息学分析，从中尽量发掘信息，从而指导进一步的实验研究。通过染色体定位分析、内含子／外显子分析、ORF分析、表达谱分析等，能够阐明基因的基本信息。通过启动子预测、CpG岛分析和转录因子分析等，识别调控区的顺式作用元件，可以为基因的调控研究提供基础。通过蛋白质基本性质分析，疏水性分析，跨膜区预测，信号肽预测，亚细胞定位预测，抗原性位点预测，可以对基因编码蛋白的性质作出初步判断和预测。尤其通过疏水性分析和跨膜区预测可以预测基因是否为膜蛋白，这对确定实验研究方向有重要的参考意义。此外，通过相似性搜索、功能位点分析、结构分析、查询基因表达谱聚簇数据库、基因敲除数据库、基因组上下游邻居等，尽量挖掘网络数据库中的信息，可以对基因功能作出推论。上述技术路线可为其它类似分子的生物信息学分析提供借鉴。本路线图及推荐网址已建立超级链接，放在北京大学人类疾病基因研究中心网站（/science/bioinfomatics.htm ）,可以直接点击进入检索网站。
下面介绍其中一些基本分析。值得注意的是，在对序列进行分析时，首先应当明确序列的性质,是mRNA序列还是基因组序列？是计算机拼接得到还是经过PCR扩增测序得到？是原核生物还是真核生物？这些决定了分析方法的选择和分析结果的解释。
（一）核酸序列分析
1、双序列比对（pairwise alignment）
双序列比对是指比较两条序列的相似性和寻找相似碱基及氨基酸的对应位置，它是用计算机进行序列分析的强大工具，分为全局比对和局部比对两类，各以Needleman-Wunsch算法和Smith-Waterman算法为代表。由于这些算法都是启发式（heuristic）的算法，因此并没有最优值。根据比对的需要，选用适当的比对工具，在比对时适当调整空格罚分（gap penalty）和空格延伸罚分（gap
生物信息学Ｃｈｉｎａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ 研究论文
基于氨基酸特征序列的蛋白质结构分析
朱平 一，管维红 ，高雷 ，徐振源
（１．江南大学理学院，江苏无锡２１４１２２；２．江南大学信息工程学院，江苏无锡２１４１２２）
摘要：针对蛋白质序列中氨基酸的核苷酸组成部分及其相关特征信息，提出另外的ｄ一等序列的概念，并讨论了其主要特征
与次要特征，可作为对蛋白质进行定性和定量比较的一种方法，用来判断这些物种的同源性和相似性程度。然后，对所取的
全 螺旋，全ｊ３折叠和０４３类序列，利用ａ一，ｒ一，ＯＴ序列的概念，给出蛋白质序列的相关氨基酸特征序列。同时对５－－类共１８个
蛋白质序歹ｌ３进行数值刻划，给出数值刻 ｌ图并进行分析。
关键词：特征序列；同义密码予；蛋白质序列；数值刻划图
中图分类号：Ｑ５１８．１；０１５；ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５５６５（２００８）一０３—１０６—０４
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ
ＺＨＵ Ｐｉｎｇ１ ，ＧＵＡＮ Ｗｅｉ—ｈｏｎｇ１，ＧＡＯ ｋｉ ，ＸＵ Ｚｈｅｎ—ｙｕａｎ１
（ ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＳｄｅｎｃｅ，Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ０ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，血嘲 ｌ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ） Ａ．ｂｓｔｒａｅｔ：Ｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅ ｈｏｍｏｍｏｒｐｈｉｓｍｉｎ ａｌｇｅｂｍ ａｎｄ“ｃｏａｒｓｅ”ｉｎ ｐｈｙｓｉｃｓｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｂａｓｅｓ ｏｆｔｈｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｓｙｎｏｎｙｍｙ
ｃｏｄｏｎ，ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｄ一，ｃ—ａｎｄ Ｏ＇ｒ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｏｒ ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｉｎ ｐｒｏｔｅｉｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｄｅｓｃｒｉｐｆｉｏｎ
氨基酸、多肽、蛋白质和酶的区别与联系
氨基酸、多肽、蛋白质和酶的区别与联系
1. 氨基酸(amino acids) 这是广泛存在于动植物中的一种含氮有机物质，可分为组成蛋白质的氨基酸和非组成蛋白质的氨基酸两大类，至今已发现了300余种。
组成蛋白质的氨基酸由蛋白质水解而来，约30种，都是a -和L-构型，通式为RCH(NH2)COOH。其中10余种为人类必需的氨基酸，如赖氨酸、亮氨酸、色氨酸、组氨酸、精氨酸、谷氨酸和半胱氨酸等。有些直接用于临床，如精氨酸和亮氨酸用于肝昏迷、蛋氨酸用于肝硬化，组氨酸用于消化道溃疡等。
非蛋白质组成的氨基酸主要为游离状态，其中分为b 型、g 型和D-构型。其中天南星、半夏中的g -氨基丁酸(g -aminobutyric acid)具降压作用，藜豆中的L-多巴(L-dopa)用于帕金森病，使君子氨酸(squalic acid)与海人草中的a -海人草氨酸(a -kainic acid)均有驱蛔虫作用。
由于氨基酸分子中同时具有氨基和羧基，所以有两性电解质的性质。当溶pH值为该氨基酸的等电点时，其溶解度最小。借此可以用电泳法分离氨基酸。
氨基酸为无色结晶。易溶于水，可溶于醇，难溶于有机溶剂。除甘氨酸外，均具旋光性，它们的旋光度决定于溶剂的性质、pH、温度和盐的存在。许多氨基酸可与金属盐类生成络合物或分子化合物，如有些氨基酸的铜为蓝色的结晶，难溶于水，可用作提纯与精制。一般氨基酸与茚三酮(ninhydrin)试剂反应生成蓝紫色、红紫色或紫色，而与吲哚醌(isatin)反应生成不同的颜色。此两种反应用于氨基酸的鉴别。但要注意氨气对茚三酮反应有干扰，吲哚醌反应的灵敏度不及茚三酮反应。
2.多肽类(peptides) 一般指由2～20个氨基酸组成的物质，具直链或环状结构。20个以上氨基酸组成的多肽与蛋白质无明显界限。不少多肽具生物活性。如水蛭多肽能凝血，蛙皮多肽能舒张血管，海兔抑制素能抗肿瘤。植物多肽有的是环肽，具-S-链，如毒蕈环肽，有的带肽的生物碱具降血压作用。还有白花蛇舌草中的催产肽，人参中的抗脂质分解的多肽等。
1 第一章 多肽和蛋白质的反相HPLC分析与纯化
反相高效液相色谱（RP-HPLC）已经成为一种分析和纯化生物分子广泛而可靠的方法。
RP-HPLC在肽、蛋白质分析和纯化方面的重要作用在于它的分离度：RP-HPLC能够分离具有
几乎同样序列的多肽，这不仅包括那些胰岛素消化物中的小肽，还包括更大的肽。仅相差一
个氨基酸残基的多肽通常可以用RP-HPLC分离，如图1所示的胰岛素变异物的分离。胰岛素
变异物的分子量都在5300左右,只是在氨基酸序列上有轻微的不同，即使这样，大部分的变
异物都可以用RP-HPLC分离。特别的是，反相色谱能分离人和兔的胰岛素，两者仅在于一个
亚甲基的不同——兔胰岛素有一个苏氨酸，而人胰岛素有一个丝氨酸！
RP-HPLC对相近胰岛素变异物的分离
图1.RP-HPLC分离含有一个不同氨基酸的人和兔胰岛素。色谱柱：VYDAC 214TP54 洗脱液：
27-30%ACN+0.1%TFA，1.5mL/min，25min。
科学文献中已有很多用RP-HPLC分离相似多肽的例子。含有一个氧化蛋氨酸的胰岛素样
生长因子与其未氧化态类似物已得到分离，白细胞介素-2突变蛋白也已经得到分离。在最
近的论文中，Kunitani及其同事提出，RP-HPLC的保留时间能提供保留在反相表面的蛋白质
的结构信息。他们研究了30种白细胞介素-2 突变蛋白，并分离了几乎相同的突变蛋白。含
氧化蛋氨酸的白介素与其自然状态得到分离，另外，单个氨基酸取代基也被与其自然状态分
离。他们得出结论：蛋白质的结构在反相分离中非常重要，同时，RP-HPLC也能用来研究蛋
白质的结构。在该过程中，他们展示了RP-HPLC技术对相似多肽的分离能力。
RP-HPLC用于分离酶消化产物中的肽碎片，纯化天然肽及合成肽。制备RP-HPLC常常用
于纯化克及毫克量的合成肽。RP-HPLC能用于分离血红蛋白变体，鉴别微粒种类，研究酶亚
基和细胞功能。RP-HPLC还能纯化用于序列测定的微量级肽，并纯化治疗用的毫克级到千克
