蛋白质结构与功能
Cao Yang
2015.4.23.
蛋白质功能与结构的主要类别－－结合
历史上得到一个蛋白质的晶体结构（1962）：肌红蛋白（Myoglobin）(PDB: 1a6k)
蛋白质功能与结构的主要类别－－结合
TATA binding protein (PDB: 1tgh)
蛋白质功能与结构的主要类别－－催化
DNA聚合酶(DNA polymerase PDB:3pw0)
蛋白质功能与结构的主要类别－－催化
(HIV protease PDB:1a8k)
(Ras
off and on PDB: 1pll and 121p)
蛋白质功能与结构的主要类别－－分子
开关
Motifs
•常见的二级结构简单组合
•又称为超二级结构
•可能具有功能(e.g. DNA binding)•可能没有功能
Helix-loop-helix motifs DNA binding motif Calcium binding motif
The hairpin βmotif
•反平行β折叠＋回弯（loop）
•The hairpin motif can occur both as an isolated unit or as
a part of bigger βsheet
Bovine trypsin inhibitor Snake venom-erabutoxin
The Greek key motif •最常见的四条反平行 折叠模式
The β-α-βmotif
•连接两个平行β折叠的常见方式
•β-α-βmotif is a part of almost all proteins, containing a paralel beta sheet
Domains
•能自身折叠成稳定三维结构的肽段，通常具有疏水核心
•由一些简单的motif和二级结构单元组成•有的蛋白有多个domain，一般每个domain 都有独立的功能
Example of proteins with several domains -lac repressor
hinge helix
Helix-turn-helix domain (binds to
DNA)
Core domain, containing two subdomains, which in turn contain several motifs (binds ligand) C-terminal helix
(tetramerization)
Protein Domain Databases /Structure/cdd/cdd.shtml
蛋白质分析
蛋白质一级序列
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
翻译后修饰位点预测蛋白质二级结构
蛋白质二级结构预测
蛋白质序列信号位点分析蛋白质超二级结构蛋白质结构域分析
蛋白质三级结构蛋白质三维结构模拟蛋白质分类蛋白质家族分析
蛋白质理化性质分析•Protparam工具
/tools/protparam.html 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
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
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
•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
•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
•/software/TMPRED_form.html •http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/ 蛋白质跨膜区分析
蛋白质卷曲螺旋域分析
•两股或两股以上α螺旋相互缠绕而形成超螺旋结构
•典型的有亮氨酸拉链，存在7残基重复结构（heptad repeat)，以a，b，c，d，e，f，g位置表示，其中a和d位置为疏水性氨基酸，而其他位置残基为亲水性
22
•
COILS-
/software/COILS_form.html
•PEPCOIL-
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/pepcoil.html 蛋白质卷曲螺旋域分析
结构域分析
•结构域是蛋白序列的功能、结构和进化单元•分析方法
–序列比对
–基于蛋白质家族的位置特异性矩阵或概形矩阵
工具网站备注
CDD /sites/entrez?d
b=cdd 通过比较目标序列和一组位置特异性打分矩阵进行RPS-BLAST来确定目标序列中的保守结构域
HAMAP /sprot/hamap/families.htm
l 通过专家预测系统产生的微生物家族同源蛋白数据
InterPro /interpro/蛋白质家族、结构域和功能
位点的联合资源数据库，整
合了多个数据库和工具的结
果，并提供相应的链接Pfam /每个蛋白家族包含了多序列
比对、profile-HMMs和注释
文件
ProDom http://prodom.prabi.fr/从SWISS-PROT/TrEMBL数
据库中的非片段蛋白序列数
据构成，每条记录包含一个
同源结构域多重比对和家族
保守一致性序列
SMART http://smart.embl-heidelberg.de/由EMBL建立，集成了大部
分已知蛋白功能域数据，注
释包括了功能类型、三维结
构、分类信息
26
工具网站备注TIGRFAMs /TIGRFAMs/由TIGR实验室维护的蛋白
质家族和结构域数据库
PRINTS /dbbrowser/P
RINTS/蛋白质模体指纹数据库，提供了FingerPRINTScan、FPScan和GRAPHScan等指纹识别工具
DOMO /srs71bin/cgi-
bin/wgetz?-page+LibInfo+-lib+DOMO 同源蛋白结构域家族数据库，有多个镜像网站
BLOCKS /收录了通过高度保守蛋白区
域比对出的无空位片段
eMOTIF /distributions/e
motif/由斯坦福大学维护。
从BLOCKS+数据库和PRINTS数据库中收集了生物功能高度保守的高特异性蛋白序列。