使用人工神经元网络方法预测蛋白质分子主链的二面角

本文使用人工神经元网络预测蛋白质分子主链的二面角,通过分别学习所有残基,成规则二级结构的残基,无规线团的二面角,结果表明由蛋白质分子的一级序列出发预测主链二面角,对于α螺旋成功率最高,β折叠次之,而无规线团的二面角和其一级序列相关很小,故难以预测.     

新型平均势函数在蛋白质反向折叠中的应用

利用蛋白质主链的极性分数及主链二面角为参量,构建了一种基于蛋白质结构数据库的势函数。将该势函数应用于蛋白质反向折叠研究中,发现该函数可成功地将蛋白质分子的天然构象从构建的构象库中识别出来;将一目标序列与构象库的每一可能的构象匹配,并用该势函数计算相应的能量,结果表明对绝大多数蛋白质分子来说,天然的构象的能量值总是最低。此外,该函数还将一些序列相似性较低,而结构相似性较高的蛋白质分子识别出来。我们认     

蛋白质大分子的非晶半导体性

本文提出蛋白质大分子的非晶半导体模型.蛋白质中的带电氨基酸残基、各种金属离子、链的折叠、链的端头、……等将产生无规势场,此无规势场使多肽主链周期势场受到扰动.“带尾”的出现表明蛋白质具有非晶和无序半导体性.用此模型估计的迁移率值μ与实验值在数量级上相符.     

脯氨酸对蛋白质热稳定性的贡献

单一氨基酸的置换可以改变酶的热稳定性。脯氨酸(Pro)残基在蛋白质结构及其热稳定性中具有特殊作用。它十分偏爱β转折或无规卷曲结构,而很少出现在α螺旋和β折叠中。分析认为在改善酶热稳定性的蛋白质工程中,只要主链构象不发生骤变,则可在适当的β转折或无规卷曲中引入Pro,通过其刚性的吡咯烷环,降低蛋白质去折叠时的骨架熵,从而使其周围的构象更合理。这一Pro理论(theprolinetheory)的分子设计新思路将会得到进一步的发展和完善。     

脯氨酸对蛋白质热稳定性的贡献

单一氨基酸的置换可以改变酶的热稳定性。脯氨酸（Ｐｒｏ）残基在蛋白质结构及其热稳定性中具有特殊作用。它十分偏爱β－转折或无规卷曲结构,而很少出现在α－螺旋和β－折叠中。分析认为在改善酶热稳定性的蛋白质工程中,只要主链构象不发生骤变,则可在适当的β－转折或无规卷曲中引入Ｐｒｏ,通过其刚性的吡咯烷环,降低蛋白质去折叠时的骨架熵,从面使其周围的构象更合理。这一Ｐｒｏ理论（ｔｈｅ ｐｒｏｌｉｎｅ ｔｈｅｏｒ     

用离散量的方法识别蛋白质的超二级结构

用离散量的方法,对2208个分辨率在2.5I以上的高精度的蛋白质结构中四类超二级结构进行了识别。从蛋白质一级序列出发,以氨基酸(20种氨基酸加一个空位)和其紧邻关联共同为参数,当序列模式固定长取8个氨基酸残基时,对“822”序列模式3交叉检验的平均预测精度达到78.1%,jack-knife检验的平均预测精度达到76.7%;当序列模式固定长取10个氨基酸残基时,对“1041”序列模式3交叉检验的平均预测精度达到83.1%,jack-knife检验的平均预测精度达到79.8%。     

水稻中与拟南芥CYP704B1基因同源序列的查找及序列分析

本文运用了生物信息学方法对在水稻中与拟南芥CYP704B1同源序列的查找及对该条序列进行核酸一级结构和其表达产物的一级结构、二级结构以及三级结构进行初步分析。通过分析我们得出,该条序列长度为1903bp,有多种酶的限制性酶切位点,与其Sorghum bicolor hypothetical protein基因相似性很高,本条序列共编码506个氨基酸。预测的相对分子质量为58164.91ku,理论的PI为8.56。氨基酸总体来说疏水性不强,属于亲水性氨基酸。有22个磷酸化位点。该蛋白质有信号肽,有一个跨膜区,该氨基酸序列二级结构的分析结果显示,a螺旋占52.96%;延伸链占11.26%,无规卷曲所占的比例为35.77%,并且分布不连续。该序列编码的蛋白质含有一个跨膜结构域并且重叠了一个低度复杂结构域。通过Swiss Model全自动模式对该蛋白三级结构预测与分析,该蛋白最佳匹配的模板是3mzs.1.A.最佳比对区域位于其该蛋白序列的第28-506位氨基酸残基,序列一致性达21.19%,GMQE值为0.55。通过对其系统发生树的建立,由两种方法N-J法和M-P法构建的系统树,可以看出该同源序列与Aegilops tauschii节节麦和Zea mays玉米同源相似性较近。     

蛋白质的二级结构预测——Chou和Fasman方法

蛋白质分子的一切高级结构,都由一级结构即氨基酸残基序列所包含的信息决定。多年来,由蛋白质的氨基酸序列预测二级结构的方法不下十几种。其中,Chou和Fasman的方法自1974年提出,至1978年修正、精化,已得到了很好结果,越益受到重视。此方法的突出优点是简便,无须计算机的复杂分析,就可预测出蛋白质的二级结构,准确性约为80％。目前蛋白质二级结构的测定,当然以X-晶体衍射结果最准确。Chou和Fasman方法正是基于晶体分析的结果,经统计得出的一整套数据     

预测蛋白质—蛋白质复合物结构的软对接算法

提出了一种有效的软对接算法 ,用于在已知受体和配体三维结构的条件下预测蛋白质 蛋白质复合物的结构。该算法的分子模型基于Janin提出的简化蛋白质模型 ,并在此基础上有所改进。对蛋白质分子表面的柔性氨基酸残基Arg、Lys、Asp、Glu和Met进行了特殊处理 ,通过软化分子表面的方式考虑了它们的侧链柔性。采用双重过滤技术来排除不合理的对接结构 ,此过滤技术是以复合物界面几何互补性和残基成对偏好性为标准提出的。对所得到的构象进行能量优化 ,之后用打分函数对这些结构进行排序 ,挑选出与复合物天然结构接近的构象。该打分函数包括静电、疏水和范德华相互作用能。用此算法对 2 6个复合物进行了结构预测 ,均找到了近天然结构 ,其中有 2 0个复合物的近天然结构排在了前 10位。改进的分子模型可以在一定程度上描述蛋白质表面残基侧链的柔性 ;双重过滤技术使更多的近天然结构保留下来 ,从而提高了算法成功预测的可能性 ;打分函数可以较合理地评价对接结构。总之 ,此种软对接算法能够对蛋白质分子识别的研究提供有益的帮助。     

蛋白质空间结构预测

早在70年代,Anfinsen就提出蛋白质分子的一级序列决定其空间结构的论断,这一论断得到多次实验证实并被人们广泛接受,成为蛋白质结构预测的理论基础。由于蛋白质分子的结晶非常困难,因此蛋白质三维结构预测成为目前了解蛋白质结构信息的重要手段,这一研究领域也成为蛋白质工程研究的一个非常活跃的方向。     

蛋白质分子的结构与功能

讨论蛋白质分子的结构特征。蛋白质分子是由约20种氨基酸残基组成的多肽。蛋白质的分子结构有4个层次,即一级、二级、三级和四级结构。蛋白质分子高度有序的结构是其执行特定生理功能基础。     

天然酶与复性酶的拉曼光谱研究

本文通过对胰凝乳蛋白酶的激光拉曼光谱的研究,揭示了天然酶和复性酶的不同分子空间构象.分子的主链构象主要是β折叠和无规卷曲成份,受过变性剂作用的酶,虽经复活(活性可达95%以上),其复性酶的分子结构仍比天然酶松散,它的无规卷曲成份相应增加.对分子二级结构的计算表明,天然酶分子中蛋白质的α螺旋、β折叠和无规卷曲成份之比为6.3:40.6:53;复性酶分子中上述成份的比为3.6:31:65.天然酶分子中C-C-S-S-C-C构型为gauche-gauche-gauche排列,而复性酶中为trans-gauche-gauche排列.     

萤火虫Luc基因的克隆及生物信息学分析

[目的]克隆野生型虫荧光素酶(luciferase)基因(Luc)全长序列并对其进行生物信息学分析。[方法]以虫荧光素酶报告栽体p XP2 DNA为模板,应用PCR技术,获得萤火虫Luc基因目标条带并克隆到p GEM-T-Easy载体,利用CD search、Prot Param、Prot Scale和SOMPA等11种预测软件对其保守区域、一级结构、理化性质、空间结构及活性区域等进行预测分析。[结果]该酶由551个氨基酸残基组成,属于可溶性亲水蛋白。其二级结构主要由无规卷曲和α-螺旋组成。三级结构以6q2m.1的A链为模板进行同源建模,其活性区域由125个氨基酸残基构成,面积和体积分别为2 483.879?2和1 834.454?3。在该蛋白质的活性区域之外,筛选出38个具备引入二硫键条件的潜在位点。[结论]成功克隆了Luc基因,并对野生型虫荧光素酶进行了生物信息学分析预测,为进一步过定点突变提高虫荧光素酶的热稳定性奠定了理论基础。     

应用死端排除法考虑分子对接中的侧链柔性

假设分子对接面的紧密堆积类似于蛋白质内部的紧密堆积,因此用于蛋白质内部的侧链构象预测方法,如死端排除法,可应用于分子对接面内的侧链构象预测。应用９个晶体结构对这一假设进行检验,结果表明假设基本正确。对２个蛋白酶与抑制剂的应用比较成功。９个配体中的７个有正确的均方根差的趋势。还发现受体结构的柔性较小,说明由于对接面的紧密堆积产生的侧链构象变化很小。根据这些结果,提出一个新的分子对接流程图,即在刚体对接后加入对接面中氨基酸残基的侧链构象预测。对一个蛋白酶与抑制剂的复合结构的应用表明对接中的正确解的信号与噪音比相对错误解增加了。     

蛋白质复合物结构预测的集成分子对接方法

蛋白质分子间相互作用与识别是当前生命科学研究的热点,分子对接方法是研究这一问题的有效手段．为了推进分子对接方法的发展,欧洲生物信息学中心组织了国际蛋白质复合物结构预测（CAPRI）竞赛．通过参加CAPRI竞赛,逐步摸索出了一套用于蛋白质复合物结构预测的集成蛋白质一蛋白质分子对接方法HoDock,它包括结合位点预测、初始复合物结构采集、精细复合物结构采集、结构成簇和打分排序以及最终复合物结构挑选等主要步骤．本文以最近的CAPRI Target 39为例,具体说明该方法的主要步骤和应用．该方法在CAPRI Target 39竞赛中取得了比较好的结果,预测结构Model 10是所有参赛小组提交的366个结构中仅有的3个正确结构之一,其配体均方根偏差（L_Rmsd）为0．25nm．在对接过程中,首先用理论预测和实验信息相结合的方法来寻找蛋白质结合位点残基,确认CAPRI Target 39A链的A31TRP和A191HIS,B链的B512ARG和B531ARG为可能结合位点残基．同时,用ZDock程序做不依赖结合位点的初步全局刚性对接．然后,根据结合位点信息进行初步局部刚性对接,从全局和局部对接中挑出了11个初始对接复合物结构．进而,用改进的Rosetta Dock程序做精细位置约束对接,并对每组对接中打分排序前200的结构进行成簇聚类．最后,综合分析打分、成簇和结合位点三方面的信息,得到10个蛋白质复合物结构．竞赛结果表明,A191HIS,B512ARG和B531ARG三个结合位点残基预测正确,提交的10个蛋白质复合物结构中有5个复合物受体一配体界面残基预测成功率较高．与其他参赛小组的对接结果比较,表明HoDock方法具有一定优势．这些结果说明我们提出的集成分子对接方法有助于提高蛋白质复合物结构预测的准确率．     

基于HNP模型及相对熵的蛋白质设计方法在不同蛋白质体系中的应用

详细考察了基于HNP(H:hydtophobic,N:neutral,P:hydrophilic)模型及相对熵的蛋白质设计方法对于不同结构类型蛋白质的适用性,并与基于HP模型的结果进行了比较.通过对190个4种不同结构类型的蛋白质进行预测,结果表明,基于HNP模型及相对熵的设计方法对于不同结构类型的蛋白质具有普适性.进一步的研究发现,对于α螺旋、β折叠等规则的二级结构,该方法的预测成功率高于无规卷曲结构预测成功率.另外,还比较了对不同氨基酸的预测差异,结果显示亲水残基的预测成功率较高.此外,研究表明该方法对于蛋白质保守残基的预测成功率高于非保守残基.在以上分析的基础上,进一步讨论了导致这些差异的原因.这些研究为基于相对熵的蛋白质设计方法的实际应用和进一步的发展打下了良好基础.     

裂褶菌多糖的构象研究

从裂褶菌中提取一水溶性多糖Sci.气相色谱,高碘酸盐氧比,甲基化分析等确定它为葡聚糖.1-3糖苷键构成其主链,平均三分之一的主链残基在6位带有分枝,红外光谱和三氧化铬氧化表明Scl全部残基为β构型,在不同的温度和不同的酸碱浓度状态下,检查糖链与刚果红形成络合物的能力以及Scl水溶液的粘度和旋光值.推测低温近中性Scl主要呈单股螺旋构象.升温或提高酸碱浓度导致有规则的螺旋构象转变成无规则的线团.高碘酸盐氧化去掉分枝则多股螺旋比例在构象中增加.     

小鼠HHEX基因和蛋白的生物信息学分析

目的:分析HHEX基因序列及蛋白质的结构特点,研究其在发育过程中的作用。方法:采用生物信息学方法分析预测HHEX基因序列、蛋白质结构,以及与其他蛋白质的相互作用。结果:小鼠HHEX基因cDNA全长1771 bp,CDS区全长816 bp,其编码的HHEX蛋白含271个氨基酸残基,相对分子质量为30×103,为不稳定蛋白,具有α螺旋、无规卷曲、延伸链与β转角;功能分析表明HHEX蛋白是参与调控关键发育过程的转录调控因子,并与EOMES、FOXA2、KDR、WNT7A、HEXB、TG、SLC30A8、IGF2BP2及CDKAL1蛋白有相互作用。结论:HHEX基因及蛋白生物信息学分析为HHEX基因及蛋白的相关研究提供了重要的信息基础。     

模式匹配分析方法检索免疫球蛋白样功能区

运用计算机进行核酸和蛋白质的序列分析是分子生物学研究的一个较新发展,这项技术已越来越多地用于研究大量积累的序列数据。蛋白质功能区是蛋白质分子中能独立折叠成具有一定结构并执行特定功能的结构域,所有具有同一类功能区的分子统称为一个蛋白质的超族(protein superfamily)。本文通过对免疫球蛋白(Ig)超族及其功能区序列所进行的分析,建立了一种根据功能区之保守片段残基组成的模式匹配分析检索蛋白质功能区的方法,它先根据多序列的对准比较确定某一类功能区之保守片段,再对已知的保守片段各位置上氨基酸残基组成进行统计分析,然后根据与统计数值相匹配的方法,计算待检序列残基组成的统计学意义,由此确定功能区的存在。该方法的优点在于它不仅可以检出已知的具有某一类功能区的分子,而且还可能发现新的具有该功能区的分子,从而推测后者的功能。     

蛋白质共进化分析研究进展

一些对蛋白质活性很重要的残基在进化过程中是高度保守的,另有一些残基通过共进化来维持蛋白质结构和功能上的稳定。由于共进化残基分析可在未知蛋白质结构时,仅依据序列推断残基间的相互作用,因此在蛋白质结构和功能预测上具有重要的研究意义。当前分析共进化残基的方法主要有基于相关系数的方法、基于微扰理论的方法、参数检验法等。然而,由于存在蛋白质系统进化的背景干扰,目前共进化残基分析的精度仍有待进一步提高。本文概述了蛋白质共进化分析的方法及其研究进展,并对其发展趋势进行了预测。