蛋白质结构与功能预测
蛋白质亲疏水性分析
• 疏水作用是蛋白质折叠的主要驱动力 • 分析蛋白质氨基酸亲疏水性是了解蛋白
质折叠的第一步 • 氨基酸疏水分析为蛋白质二级结构预测
提供佐证 • 可用于分析蛋白质相互作用位点-抗原位
点预测（预测准确率达56%） • 是分析蛋白质跨膜区重要一步
蛋白质跨膜区分析
• α螺旋跨膜区主要是由20-30个疏水性氨基酸 （Leu、Ile、Val、Met、Gly、Ala等）组成
蛋白质结构与功能预测
2007年12月
DNA sequence Protein sequence Protein structure Protein function
蛋白质序列分析主要内容
蛋白质序列分析
蛋白质一级序列
蛋白质二级结构 蛋白质超二级结构 蛋白质三级结构
蛋白质分类
蛋白质基本理化性质分析
蛋白质亲疏水性分析 跨膜区结构预测 卷曲螺旋预测
TMHMM
蛋白质亲疏水性分析
• ProtScale工具
/tools/protscale.html • 氨基酸标度
– 表示氨基酸在某种实验状态下相对其他氨基酸在某些性 质的差异，如疏水性、亲水性等
• 收集56多个文献中提供的氨基酸标度 • 默认值以Hphob. Kyte & Doolittle做疏水性分析 • 特异性氨基酸标度，如Hopp & Woods（1981）针对抗原片
翻译后修饰位点预测 蛋白质二级结构预测 蛋白质序列信号位点分析 蛋白质结构域分析 蛋白质三维结构模拟
蛋白质家族分析
ExPASy（Expert Protein Analysis System）Tools （/tools/）
1.蛋白质基本理化性质分析
蛋白质理化性质是蛋白质研究的基础
蛋白质的基本性质：
相对分子质量 氨基酸组成
等电点（PI） 消光系数
半衰期
不稳定系数
总平均亲水性 ……
实验方法：
• 相对分子质量的测定、等电点实验、沉降实验 • 缺点：费时、耗资
基于实验经验值的计算机分析方法
基于一级序列的组分分析 氨基酸亲疏水性等分析为高级结构预测提供参考 • Expasy 开发的针对蛋白质基本理化性质的分析：
主要选项/参数
序列在线提交形式： • 如果分析SWISS-PORT和TrEMBL数据库中序列
– 直接填写Swiss-Prot/TrEMBL AC号(accession number)
• 如果分析新序列：
– 直接在搜索框中粘贴氨基酸序列
输入Swiss-Prot/TrEMBL AC号
打开protein.txt， 将蛋白质序列 粘贴在搜索框中
利用蛋白质序列统计分析方 法给出待测蛋白的物理化学 信息
AACompIdent PeptideMass
蛋白质理化性质Biblioteka 析• Protparam 工具
http:// 计算以下物理化学性质： • 相对分子质量 理论 pI 值 • 氨基酸组成 原子组成 • 消光系数 半衰期 • 不稳定系数 脂肪系数 • 总平均亲水性
输出结果
• 输入Swiss-Prot/TrEMBL AC号—分不同的功能域肽段
功能域 用户自定义区段
点击不同功能域或是以直接粘贴氨基酸序列的方式得到以下结果
氨基酸数目 相对分子质量
理论 pI 值 氨基酸组成
正/负电荷残基数
原子组成 分子式
总原子数 消光系数
半衰期
14
不稳定系数
脂肪系数 总平均亲水性
– Protparam 工具 http://
相对分子质量 氨基酸组成 等电点（PI） 消光系数 半衰期 不稳定系数 总平均亲水性 ……
蛋白质理化性质分析工具
工具
AACompldent
网站
/tools/aacomp/
Compute pI/Mw /tools/pi_tool.html
段定位；Accessible residues（1979）针对氨基酸溶剂可及 性定位；Chou & Fasman （1978）针对氨基酸二级结构疏 水性分析
主要选项/参数
序列在线提交形式：
• 如果分析SWISS-PORT和TrEMBL数据库中序列 – 直接填写Swiss-Prot/TrEMBL AC号(accession number)
• 亲水残基往往出现在疏水残基之间，对功能有 重要的作用
• 基于亲/疏水量和蛋白质膜区每个氨基酸的统计 学分布偏好性量
• TMpred- http:// • SOSUI- /
常用蛋白质跨膜区域分析工具
工具 DAS
HMMTOP
SOSUI TMAP TMHMM TMpred
TopPred
http:///
ProtParam
/tools/protparam.html
PeptideMass SAPS
备注
利用未知蛋白质的氨基酸组 成确认具有相同组成的已知 蛋白 计算蛋白质序列的等电点和 分子量
对氨基酸序列多个物理和化 学参数（分子量、等电点、 吸光系数等）进行计算
计算相应肽段的pI和分子量
网站
http:///
/ http://bioinfo.limbo.ifm.liu.se/tmap/
http://
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/ toppred.html
备注
用Dense Alignment Surface （DAS）算法来预测无同源 家族的蛋白跨膜区 由 Enzymology 研 究 所 开 发 的蛋白质跨膜区和拓扑结构 预测程序 由Nagoya大学开发一个具有 图形显示跨膜区的程序 基于多序列比对来预测跨膜 区的程序 基于HMM方法的蛋白质跨 膜区预测工具 基于对TMbase 数据库的统 计分析来预测蛋白质跨膜区 和跨膜方向 是一个位于法国的蛋白质拓 扑结构预测程序
<40 stable >40 unstable
蛋白质亲疏水性/跨膜区分析
(a)-Type I membrane protein (b)-Type II membrane protein (c)-Multipass transmembrane proteins (d)-Lipid chain-anchored membrane proteins (e)-GPI-anchored membrane proteins
