關于實驗五蛋白質序列分析第1頁，課件共49頁，創作于2023年2月2實驗項目五：蛋白質序列分析

一、實驗目的和要求：掌握蛋白質基本性質分析；基本理化性質和疏水性分析。掌握蛋白質信號肽的預測，亞細胞定位的預測，跨膜結構及卷曲螺旋結構的預測。了解基于motif、結構位點、結構功能域數據庫的蛋白質功能預測掌握基于序列同源性分析的蛋白質功能預測。第2頁，課件共49頁，創作于2023年2月3（一）蛋白質基本理化性質分析蛋白質理化性質是蛋白質研究的基礎蛋白質的基本性質：相對分子質量氨基酸組成等電點（PI）消光系數半衰期不穩定系數總平均親水性……

實驗方法：相對分子質量的測定、等電點實驗、沉降實驗缺點：費時、耗資基于實驗經驗值的計算機分析方法

軟件Bioedit

網絡工具ProtParam，ComputePI第3頁，課件共49頁，創作于2023年2月4基于一級序列的組分分析氨基酸親疏水性等分析為高級結構預測提供參考ExPASy（

ExpertProteinAnalysisSystem）

開發的針對蛋白質基本理化性質的分析：Protparam工具/tools/protparam.html第4頁，課件共49頁，創作于2023年2月5蛋白質理化性質分析Protparam

工具/tools/protparam.html計算以下物理化學性質：相對分子質量理論pI值氨基酸組成原子組成消光系數半衰期不穩定系數脂肪系數總平均親水性第5頁，課件共49頁，創作于2023年2月6主要選項/參數序列在線提交形式：如果分析SWISS-PORT和TrEMBL數據庫中序列直接填寫Swiss-Prot/TrEMBLAC號(accessionnumber)如果分析新序列：直接在搜索框中粘貼氨基酸序列輸入Swiss-Prot/TrEMBLAC號打開protein.txt，將蛋白質序列粘貼在搜索框中第6頁，課件共49頁，創作于2023年2月7輸入Swiss-Prot/TrEMBLAC號—分不同的功能域肽段以P02699為例輸出結果功能域用戶自定義區段第7頁，課件共49頁，創作于2023年2月8點擊不同功能域得到以下結果氨基酸數目相對分子質量理論pI值氨基酸組成正/負電荷殘基數第8頁，課件共49頁，創作于2023年2月9消光系數半衰期原子組成分子式總原子數第9頁，課件共49頁，創作于2023年2月10不穩定系數脂肪系數總平均親水性<40stable>40unstable第10頁，課件共49頁，創作于2023年2月11（二）蛋白質疏水性分析

疏水作用是蛋白質折疊的主要驅動力分析蛋白質氨基酸親疏水性是了解蛋白質折疊的第一步氨基酸疏水分析為蛋白質二級結構預測提供佐證是分析蛋白質跨膜區重要一步第11頁，課件共49頁，創作于2023年2月12

ProtScale工具

/tools/protscale.html氨基酸標度表示氨基酸在某種實驗狀態下相對其他氨基酸在某些性質的差異，如疏水性、親水性等收集50多個文獻中提供的氨基酸標度默認值以Hphob.Kyte&Doolittle做疏水性分析ProtScale能計算超過50種蛋白質的特性。僅一項需要額外設定的參數是輸入框的寬度，該參數將指示系統每次運行計算和顯示的殘基數，其缺省值為9。如果想考慮跨膜螺旋特性，該參數設置應為20，因為一個跨膜螺旋通常有20個氨基酸長度蛋白質親疏水性分析第12頁，課件共49頁，創作于2023年2月13主要選項/參數序列在線提交形式：如果分析SWISS-PORT和TrEMBL數據庫中序列直接填寫Swiss-Prot/TrEMBLAC號(accessionnumber)如果分析新序列：直接在搜索框中粘貼氨基酸序列以P02699為例輸入Swiss-Prot/TrEMBLAC號打開protein.txt，將一條蛋白質序列粘貼在搜索框中第13頁，課件共49頁，創作于2023年2月14氨基酸標度計算窗口（7-11）相對權重值

權重值變化趨勢

是否歸一化第14頁，課件共49頁，創作于2023年2月15所用氨基酸標度信息分析所用參數信息輸出結果第15頁，課件共49頁，創作于2023年2月16圖形結果文本結果參數

每個位置的得分第16頁，課件共49頁，創作于2023年2月三信號肽預測蛋白質合成后要運送到細胞中不同的部位，有的蛋白質要通過內質網膜進入內質網腔內，最終成為分泌蛋白。分泌蛋白的N端都有一段約15~35個氨基酸的疏水性肽段，其功能是引導蛋白質多肽鏈穿過內質網膜進入腔內，稱為信號肽（signalpeptide）。按照氨基酸組成及其位置特征，可將信號肽分為4大類：分泌信號肽 2.脂蛋白信號肽3. Pilin-like信號肽 4.細菌素和細菌素信號肽蛋白質序列分析第17頁，課件共49頁，創作于2023年2月信號肽主要由三個domain組成：N-region、H-regin和C-region.N-region為正電荷區域，至少含有一個精氨酸(R)或賴氨酸(K).H-region為疏水核，一般長為12~14個氨基酸.C-region包含信號肽酶(SPase)的剪切位點，在剪切位點的-1位和-3位上多為中性的丙氨酸，該區域也稱為富含丙氨酸區域.NHC

N端C端蛋白質序列分析第18頁，課件共49頁，創作于2023年2月19常用工具SignaIP（http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/）通過神經網絡方法的組合預測信號肽的位置及相應切點三信號肽的預測第19頁，課件共49頁，創作于2023年2月人的內質網駐留蛋白信號肽預測Q9BS26輸入序列的FASTA文件第20頁，課件共49頁，創作于2023年2月21人的內質網駐留蛋白信號肽預測曲線顏色此處C值最大；S值陡峭；Y值最高峰。預測為信號肽剪切位點文本結果，YES代表該蛋白包含信號肽,剪切位點位于29，30殘基處Cscore:剪切位點分值Sscore:信號肽分值Yscore:綜合剪切位點分值第21頁，課件共49頁，創作于2023年2月22四蛋白質亞細胞定位預測亞細胞定位與蛋白質的功能存在著非常重要的聯系。亞細胞定位預測基于如下原理：(1)不同的細胞器往往具有不同的理化環境,它根據蛋白質的結構及表面理化特征,選擇性容納蛋白。(2)蛋白質表面直接暴露于細胞器環境中,它由序列折疊過程決定,而后者取決于氨基酸組成。因此可以通過氨基酸組成進行亞細胞定位的預測。推薦使用PSORT(http://psort.nibb.ac.jp/)II軟件對PDCD5蛋白的細胞內定位進行預測。PSORT將動物蛋白質定位于10個細胞器：(1)細胞漿，(2)細胞骨架，(3)內質網，(4)胞外，(5)高爾基體，(6)溶酶體，(7)線粒體，(8)胞核，(9)過氧化物酶體(peroxisome)和(10)細胞膜。第22頁，課件共49頁，創作于2023年2月23輸入蛋白質序列FASTA文件第23頁，課件共49頁，創作于2023年2月24第24頁，課件共49頁，創作于2023年2月25細胞外，細胞壁線粒體細胞骨架細胞核第25頁，課件共49頁，創作于2023年2月26五跨膜區預測

各個物種的膜蛋白的比例差別不大，約四分之一的人類已知蛋白為膜蛋白。由于膜蛋白不溶于水，分離純化困難，不容易生長晶體，很難確定其結構。因此，對膜蛋白的跨膜螺旋進行預測是生物信息學的重要應用。推薦使用TMHMM軟件(http://www.cbs.dtu.dk/servICEs/TMHMM/)對蛋白進行跨膜預測。TMHMM綜合了跨膜區疏水性、電荷偏倚、螺旋長度和膜蛋白拓撲學限制等性質，采用隱馬氏模型(HiddenMarkovModels)，對跨膜區及膜內外區進行整體的預測。TMHMM是目前最好的進行跨膜區預測的軟件,它尤其長于區分可溶性蛋白和膜蛋白，因此首選它來判定一個蛋白是否為膜蛋白。所有跨膜區預測軟件的準確性都不超過52%，但86%的跨膜區可以通過不同的軟件進行正確預測。因此，綜合分析不同的軟件預測結果和疏水性圖以獲得更好的預測結果。第26頁，課件共49頁，創作于2023年2月27輸入蛋白質序列FASTA文件鋁激活蘋果酸轉運蛋白的跨膜區預測第27頁，課件共49頁，創作于2023年2月28跨膜區起始氨基酸終止氨基酸文字結果第28頁，課件共49頁，創作于2023年2月29跨膜區膜外區膜內區圖形結果第29頁，課件共49頁，創作于2023年2月30卷曲螺旋(coiledcoil)是蛋白質中由2～7條α螺旋鏈纏繞成麻花狀結構的總稱存在于多種天然蛋白質中，如轉錄因子、結構蛋白、膜蛋白中，在生物體內執行著代謝調控、分子運動、膜通道、分子識別等重要的生物功能，六蛋白質卷曲螺旋域分析

典型的有亮氨酸拉鏈，存在7殘基重復結構（heptadrepeat)，以a，b，c，d，e，f，g位置表示，其中a和d位置為疏水性氨基酸，而其他位置殘基為親水性第30頁，課件共49頁，創作于2023年2月卷曲螺旋控制蛋白質寡聚化的元件，存在于轉錄因子、蛋白融合多肽等一種很簡單的三級結構，容易預測常用工具COILS-PredictionofCoiledCoilRegionsinProteins（/software/COILS_form.html）第31頁，課件共49頁，創作于2023年2月選擇滑動窗口大小選擇打分矩陣和權重選擇輸入格式，選擇“SwissProtIDorAC”查詢內容，輸入Q9H2G9/software/COILS_form.html第32頁，課件共49頁，創作于2023年2月3333圖形結果第33頁，課件共49頁，創作于2023年2月34預測為卷曲螺旋的區域第34頁，課件共49頁，創作于2023年2月七結構域分析結構域（structuredomain）是在蛋白質三級結構中介于二級和三級結構之間的可以明顯區分但又相對獨立的折疊單元，每個結構域自身形成緊實的三維結構，可以獨立存在或折疊，但結構域與結構域之間關系較為松散。結構域通常由25~300個氨基酸組成，不同蛋白質結構域數目或同一蛋白質結構域相似度差異較大蛋白質序列分析第35頁，課件共49頁，創作于2023年2月常見的結構域主要有5種：全平行結構域反平行結構域α+β結構域α/β結構域其他折疊類型結構域是蛋白質的功能、結構和進化單元，結構域分析對于蛋白質結構的分類和預測有著重要作用。蛋白質序列分析第36頁，課件共49頁，創作于2023年2月七基于結構域（模體）的蛋白質功能預測

一類基因具有轉錄功能，且它們所編碼的蛋白質都具有Y結構域（模體），蛋白質B也具有Y結構域（模體），因而蛋白質B的功能也應該與基因轉錄相關。蛋白質B轉錄活性轉錄活性第37頁，課件共49頁，創作于2023年2月蛋白質模體或結構域在氨基酸序列水平比其他區域保守，通過對序列比對可以發現這些在進化上較為保守的區域；蛋白質模體或結構域通常與該蛋白質的功能直接相關；根據模體或結構域信息可以對同源水平較低的蛋白質的進行功能預測。基于結構域（模體）的蛋白質功能預測第38頁，課件共49頁，創作于2023年2月七

蛋白質序列分析蛋白質家族、結構域、位點及功能分析綠膿假單胞菌RpsA層粘連蛋白受體第39頁，課件共49頁，創作于2023年2月蛋白質序列分析，保守結構域以及功能分析RNA結合結構域核酸結合第40頁，課件共49頁，創作于2023年2月七基于同源序列的蛋白質功能預測

蛋白質A具有轉錄功能，蛋白質B與A在氨基酸序列上相似（直系同源），因而蛋白質B也具有轉錄功能。AB轉錄活性轉錄活性蛋白質A蛋白質B第41頁，課件共49頁，創作于2023年2月42至少80個氨基酸長度范圍內具有25%以上的序列一致性才提示可能的顯著性意義。未知功能序列對庫檢索的一般分析策略如下：①和運行Blastp程序的服務器（/blast/）連接；

②將目的序列粘貼到序列輸入框中，選擇BLOSUM62記分矩陣運行BlastP程序。NCBI的BlastP程序要求輸入格式為FASTA格式；

③如果BlastP檢測到了高度同源的序列，將有可能提示目的序列的生物學功能七基于同源序列的蛋白質功能預測第42頁，課件共49頁，創作于2023年2月序列相似性比較作為一個非常有效的工具用于同源基因的發現基于序列同源的蛋白質功能預測第43頁，課件共49頁，創作于2023年2月基于序列同源的蛋白質功能預測第44頁，課件共49頁，創作于2023年2月45在uniprot數據庫中檢索人脂聯素

(adiponectin)蛋白質序列；寫出檢索號。使用在線分析平臺ExPASy對上述蛋白質序列進行分子質量、氨基酸組成（protparam）、和疏水性等基本性質分析（protscale）；寫出分子質量是多少？氨基酸組成情況？哪個氨基酸所占比例最高？哪個最低？不穩定系數是多少？根據該系數判斷，該蛋白質穩定嗎？帶正負電荷氨基酸個