第七章

蛋白质性质和结构分析

(I)

生物信息学

MAGIFYFILFSFLFGICDAVTGSRVYPANEVTLLDSRSVQGELGWIASPLEGGWEEVSIMDEKNTPIRTYQVCNVMEASQNNWLRTDWITREGAQRVYIEIKFTLRDCNSLPGVMGTCKETFNLYYYESDNDKERFIRESQFGKTDTIAADESFTQVDIGDRIMKLNTEIRDVGPLSKKGFYLAFQDVGACIALVSVRVFYKKCPLTVRNLAQFPDTITGADTSSLVEVRGSCVNNSEEKDVPKMYCGADGEWLVPIGNCLCNAGHEEQNGECQACKIGYYKALSTDASCAKCPPHSYSVWEGATSCTCDRGFFRADNDAASMPCTRPPSAPLNLISNVNETSVNLEWSSPQNTGGRQDISYNVVCKKCGAGDPSKCRPCGSGVHYTPQQNGLKTTRVSITDLLAHTNYTFEIWAVNGVSKYNPSPDQSVSVTVTTNQAAPSSIALVQAKEVTRYSVALAWLEPDRPNGVILEYEVKYYEKDQNERSYRIVRTAARNTDIKGLNPLTSYVFHVRARTAAGYGDFSEPLEVTTNTVPSRIIGDGANSTVLLVSVSGSVVLVVILIAAFVISRRRSKYSKAKQEADEEKHLNQGVRTYVDPFTYEDPNQAVREFAKEIDASCIKIEKVIGVGEFGEVCSGRLKVPGKREICVAIKTLKAGYTDKQRRDFLSEASIMGQFDHPNIIHLEGVVTKCKPVMIITEYMENGSLDAFLRKNDGRFTVIQLVGMLRGIGSGMKYLSDMSYVHRDLAARNILVNSNLVCKVSDFGMSRVLEDDPEAAYTTRGGKIPIRWTAPEAIAYRKFTSASDVWSYGIVMWEVMSYGERPYWDMSNQDVIKAIEEGYRLPPPMDCPIALHQLMLDCWQKERSDRPKFGQIVNMLDKLIRNPNSLKRTGSESSRPNTALLDPSSPEFSAVVSVGDWLQAIKMDRYKDNFTAAGYTTLEAVVHMSQDDLARIGITAITHQNKILSSVQAMRTQMQQMHGRMVPV

Molecular weight: 109801.8 Theoretical pI: 6.12 Membrane protein

蛋白质性质和结构分析 序列相似的蛋白质具有相似的三维结构 不同蛋白质中相同的结构域（ domain ）具有相似

的功能 分析蛋白质的功能

许多生物信息学网站具有分析蛋白质性质和结构的软件

一级结构：氨基酸的排列顺序 二级结构：主要由氢键维系的结果（ α-helix 、 β-shee

t ） 三级结构：二级结构进一步折叠形成的结构域

ExPASy (Expert Protein Analysis System)http://www.expasy.org

Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) 的分析工具

蛋白质序列分析 蛋白质性质分析 蛋白质结构分析 2 － D PAGE 分析

蛋白质性质和结构分析

Nucleic Acids Research 2003, 31:3784-8

CBS (Center for Biological Sequence Analysis)http://www.cbs.dtu.dk/services/

Technical University of Denmark (1993)

Protein sorting

Post-translational modifications of proteins

Immunological features

Protein function and structure

ANTHEPROThttp://antheprot-pbil.ibcp.fr/

蛋白质性质和结构分析软件

DNAMANhttp://www.lynnon.com/

（一） 分析蛋白质的一级结构

一级结构：蛋白质的氨基酸序列 分析内容

蛋白质的氨基酸组成 等电点（ pI ） 分子量（ molecular weight, Mw ） 疏水性（ hydrophobicity ） 其它

1. 分析蛋白质的 pI 、 Mw 、氨基酸组成

打开 ExPASy 主页 , 单击 “ Resources A..Z”

选择“ ProtParam” 分析软件

在 ProtParam主页粘贴序列进行分析

蛋白质的 pI、Mw、氨基酸组成等

2. 分析蛋白质的疏水性

打开 ExPASy 主页，单击 “ Resources A..Z”

选择“ ProtScale” 分析软件

在 ProtScale主页粘贴序列、选择分析方法

蛋白质的亲水和疏水性分析结果，有文字和图形两种显示方式

（二） 分析蛋白质的二级结构

二级结构：主要是氢键维持的结构

无规则卷（ random coil ）

－螺旋（ -helix ） －折叠（ -sheet ）

转角（ turn ） 环（ loop ）

Chou-Fasman method

预测蛋白质的－螺旋、－折叠及其它二级结构

在“ ANTHEPROT” 栏目选择“ SOPMA” 分析软件 http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_sopma.html

在 SOPMA 主页粘贴序列 (FASTA 格式 )

螺旋、折叠、转角、无规则卷和其它二级结构

（三） 分析蛋白质的三级结构

1. 根据已知蛋白质结构推测未知蛋白质结构

BLAST 检索 在蛋白质结构数据库（ PDB ）中检索同源蛋白质的结构

2. 通过分子建模（ molecular modeling ）分析蛋白质结构 分析复杂 适用于专业人员

（四） 分析膜蛋白质

膜蛋白种类

①、②膜整合蛋白；③、④膜锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白

整合蛋白（跨膜） integral (transmembrane)

锚定蛋白 membrane-anchored

外周蛋白 peripheral

膜整合蛋白的跨膜区一般形成－螺旋 膜锚定蛋白的形成

直接与脂双分子层连接 通过糖分子间接与脂结合

如：糖基化磷脂酰肌醇（ GPI）

膜蛋白质结构特征

1. 预测膜整合蛋白的跨膜区

在 SOSUI 主页选择分析“ SOSUI”(http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/)

在 SOSUI ： Submit a protein sequence网页粘贴序列

分析结果（1）、（2）

其它分析软件 DAS ：分析原核生物蛋白质的跨膜结构 (http://www.sbc.su.se/~miklos/DAS/maindas.html） TMpred ：分析蛋白质的跨膜结构和在膜上的方向

(http://www.ch.embnet.org/software/TMPRED_form.html ）

HMMTOP: 分析蛋白质跨膜结构和方向 (http://www.enzim.hu/hmmtop/html/submit.html) TopPred: 分析细胞膜蛋白拓扑结构 (http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py?#forms::toppred) TMHMM: 分析蛋白质跨膜结构 (http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)

2. 分析膜锚定蛋白的 GPI 位点

在“ GPI Lipid Anchor Project” 栏目选择“ big-PI Predictor ” 分析软件

在 big-PI predictor 主页递交序列

分析结果

For Plant Proteins

http://mendel.imp.ac.at/gpi/plant_server.html

For Fungal Proteins

http://mendel.imp.ac.at/gpi/fungi_server.html

第七章

蛋白质性质和结构分析

(II)

生物信息学

（五）分析蛋白质的翻译后修饰

信号肽序列的特征 20 － 35 个氨基酸 富含疏水氨基酸的片段 至少有一个带正电荷的氨基酸

1. 分析信号肽及其剪切位点

在“ CBS Prediction Servers” 主页“ Protein sorting” 栏目选择“ SignalP” 分析软件(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)

在 SignalP 网页选择物种参照和分析方法，粘贴序列

分析结果

分析革兰氏阴性菌脂蛋白信号肽 LipoP

http://www.cbs.dtu.dk/services/LipoP/

分析植物叶绿体信号肽 ChloroP

http://www.cbs.dtu.dk/services/ChloroP/

2. 分析糖链连接点

糖链连接方式 O －连接：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸的羟基 N －连接：天门冬酰氨的酰氨基

在“ CBS Prediction Servers” 主页“ Post-translational modifications of proteins” 栏目选择“ NetOGlyc” 软件分析 O －连接糖链的连接位点

在 NetOGlyc网页粘贴序列

分析结果

分析方法（ 1 ）：分析 O －连接糖蛋白

分析方法（ 2 ）：分析 N －连接糖蛋白

在“ CBS Prediction Servers” 主页“ Post-translational modifications of proteins” 栏目选择“ NetNGlyc” 软件分析 N －连接糖链的连接位点

在 NetNGlyc网页粘贴序列

分析结果

（六）分析蛋白质的亚细胞定位

有助于了解： 蛋白质功能 蛋白质互作

Gene Ontology

线粒体蛋白质 内质网蛋白质 高尔基复合体蛋白质 过氧化物酶体蛋白质 溶酶体蛋白质 细胞核蛋白质 叶绿体蛋白质

分析蛋白质的亚细胞定位

打开 PSORT 主页 (http://psort.hgc.jp/)

根据待分析蛋白质来源物种差异选择不同软件

如选择 WoLF PSORT

选择物种，粘贴序列

分析结果

PSORT细胞定位缩写对照表

（七）分析化学因子作用蛋白质的位点

选择“ PeptideCutter” 分析软件

在 PeptideCutter网页选择化学因子、粘贴序列

分析结果

打开 ExPASy 主页 “ Resources A..Z”

第七章

蛋白质性质和结构分析

（上机操作）

生物信息学

1. 从数据库中任选一蛋白质的序列作分析对象，熟悉分析蛋白质的一级和二级结构的方法。

2. 大麦Mlo基因（ Z83834 ）编码的蛋白质是否是跨膜蛋白？

3. 预测人 Nanog基因（ AY230262）编码产物的亚细胞定位。

4. 人 Nanog基因产物是否是糖蛋白？什么类型的糖蛋白？

5. 分析人 Nanog基因产物的亲水性和疏水性。

6. 分析一个甲虫基因（ AF422804 ）编码的蛋白质的化学性 质和结构特点（请注明分析方法名称）：

等电点是多少？分子量是多少？ 是否膜蛋白质？如果是膜蛋白质，请注明跨膜结构位

点。 是否具有 GPI固定（ anchor ）的蛋白质？

7. 你从实验中获得一条由 250 个氨基酸组成的蛋白质的序列。你想了解该蛋白质的三维结构是否已知。根据你从“生物信息学”课中学到的知识，该如何寻找答案？

ProtScale预测结果