第7章蛋白质性质和结构分析

0 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。

蛋白质性质和结构分析软件

ExPASy(http://www.expasy.org )，蛋白质序列、性质、结构分析，包含许多分析工具

CBS（http://www.cbs.dtu.dk/services/ ）

ANTHEPROT(http://antheprot-pbil.ibcp.fr/ )

DNAMAN(http://www.lynnon.com/ )

1 蛋白质一级结构分析

  氨基酸序列、等电点（pI）、分子量（molecular weight, Mw）、疏水性（hydrophobicity）、二硫键等

1)蛋白质氨基酸序列、pI、Mw

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“ProParam”软件，输入序列分析。

其他预测工具：compute pI/Mw(http://web.expasy.org/compute_pi/ )

 http://web.expasy.org/aacompsim/ )

2)蛋白质的疏水性

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“ProtScal”软件，输入序列并选择分析方法分析。

Window size:9表示左右各有4个氨基酸对中间那个氨基酸的影响，每9个氨基酸进行分析，即1-9、2-10、2-11这样的框架分析。由此可知，1-4个氨基酸和最后4个氨基酸是无法分析的，因为无法组成9个进行分析。

蓝色的字体代表选择的分析方法，选择不同的分析方法，所得的氨基酸数值有所不同。不同氨基酸的疏水性不同，疏水性越强数值越大，疏水性越弱数字越小，甚至可能为负数（即亲水性很强）。

该图即代表不同氨基酸对应的疏水性分值，以0为界，大于0代表疏水性强，否则，亲水性强。可分析该序列疏水性区域或亲水性区域，或综合判断整个氨基酸倾向于亲水性或是疏水性。

3)蛋白质的模体（motifs），超二级结构，2个或3个具有二级结构的肽段相互靠近形成的区域。

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“PROSITE”软件主页提交蛋白序列（可同时预测《10条序列），选择输出格式，分析结果

4)保守结构域，生物大分子所具有的特定结构

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“PROSITE”软件主页输入序列，可使用缺省参数，或去掉选择框

其他预测蛋白质结构域工具：

PFAM(http://pfam.sanger.ac.uk/ )主页选择“SEQUENCE SEARCH”，输入序列分析。

NCBI Conserved Domains(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi )

SMART(http://smart.embl-heidelberg.de/ )

PredictProtein(https://www.predictprotein.org/ )

2 蛋白质的二级结构

  主要是指氢键维持的结构，如α-螺旋（α-helix）、β-折叠（β-sheet）、转角（turn）、环（loop）、无规则卷（random coil）

   ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“SOPMA”软件（在ANTHEPROT栏目中选择SOPMA）。

其他预测工具：COILS(http://embnet.vital-it.ch/software/COILS_form.html )

3 蛋白质的三级结构

  通过已知蛋白质结构推测未知蛋白质结构：BLAST检索（PDB数据库中），检索同源蛋白质结构；

   通过分子建模（molecular modeling）分析蛋白质结构：

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“Phyre2”软件

(http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre2/html/page.cgi?id=index )

SWISS-MODEL Worspace(http://swissmodel.expasy.org/workspace/ )提供多种建模方式

4 膜蛋白

  膜蛋白分为:

整合/跨膜蛋白（integal/trans-membrane）,穿过膜结构或位于膜结构中，一般是α-螺旋

锚定蛋白（membrane-anchored），直接锚定在膜表面（有时通过糖分子与膜相连）

外周蛋白（peripheral），在膜周围，与跨膜蛋白结合一起起作用

1)预测整合蛋白的跨膜区

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“SOSUI”分析

其中分V1.11(单个预测)和V1.10（betch批量预测）这2个版本

其他分析软件：

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)分析锚定蛋白GPI位点

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“big-PI”分析

其他分析软件：

For Plant Proteins（http://mendel.imp.ac.at/gpi/plant_server.html）

For Animals Protein http://mendel.imp.ac.at/gpi/gpi_server.html 

For Fungal Proteins http://mendel.imp.ac.at/gpi/fungi_server.html

5 翻译后修饰

 信号肽序列，20-35个氨基酸、富含疏水氨基酸、至少带有一个正电荷氨基酸。

1）信号肽及其剪切位点分析

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“SignaIP”分析，选择参考物种和分析方法分析。

C score即cleave score，表示被切割的可能性，在20-30之间出现了波峰，说明在该区域切割的可能性最大。

S score即表示为信号肽的可能性，从1-20之前都很高，说明20之前肯定是信号肽，而20-30之间分值明显下降，说明信号肽在该区域结束。

Y score是C与S综合考虑结果。

最后一句话，做出结论：最可能的切割位点在22-23之间。说明信号肽长度为1-22氨基酸。

其他网站：

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/

Signal-3L  http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/Signal-3L/ 

PrediSi   http://www.predisi.de/ 

Phobius  http://phobius.sbc.su.se/ 

PEPLip  http://gpcr.biocomp.unibo.it/cgi/predictors/spep/pred_spepcgi.cgi 

2）糖链连接点分析

糖链连接分为：O-连接（氧连接） N-连接（氮连接）

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“NetOGlyc”分析O-连接

其中I-score > 0.5 说明该位点可能为0-连接。

其他预测工具：

http://chemdata.shu.edu.cn/gal_p/

http://comp.chem.nottingham.ac.uk/cgi-bin/glyco/bin/getparams.cgi 

http://bioinformatics.cau.edu.cn/zzd_lab/CKSAAP_OGlySite/index.html  

http://turing.cs.iastate.edu/EnsembleGly/predict.html 

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“NetNGlyc”分析N-连接

其他预测工具：

http://www.oppf.ox.ac.uk/opal/OPAL.php

http://www.hiv.lanl.gov/content/sequence/GLYCOSITE/glycosite.html

6 蛋白质的亚细胞定位

了解蛋白质的功能及互作。

PSORT主页（http://www.psort.org），选择分类，物种。

Mito指在细胞器，cytoskelton细胞器，dual localization双定位，cyto_nucl两种细胞器均存在，后面跟的数字越大即代表可能性越高。如本图中，在细胞器可能性19，很大。

双定位（dual localization ）

其他工具：

CELLO：http://cello.life.nctu.edu.tw/ 

Subnuclear Compartments Prediction System：      

http://array.bioengr.uic.edu/subnuclear.htm 

Proteome Analyst Specialized Subcellular Localization Server：      

http://webdocs.cs.ualberta.ca/~bioinfo/PA/Sub/ 

Lokero/TargetLoc/SherLoc2/MultiLoc2/YLoc：      

http://abi.inf.uni-tuebingen.de/Research/Systems%20Biology/protein-subcellular-localization 

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

Predotar：https://urgi.versailles.inra.fr/predotar/predotar.html 

Protein Prowler：http://bioinf.scmb.uq.edu.au:8080/pprowler_webapp_1-2/ 

7 化学因子作用蛋白定位

ExPASy主页，选择“resourcesA..Z”中的“Peptide Cutter”分析