膜蛋白跨膜区预测方法的评价

基因组计划所产生的大量蛋白质序列迫切需要从理论上预测跨膜区。对现有预测跨膜区的方法进行评价 ,不仅可以帮助生物学家选择合适的方法 ,而且可以为生物信息学家发展新算法提供指导。采用了最新的膜蛋白数据库作为基本测试集合并选择了水溶性蛋白序列作为对照组 ,对目前已经公开发表且提供网上服务的跨膜区预测方法进行了评价和分析。经过分析比较 ,HMMTOP在所有的方法中综合预测效果最佳     

基于小波分析的膜蛋白跨膜区段序列分析和预测

膜蛋白是一类结构独特的蛋白质,在各种细胞中普遍存在,发挥着重要的生理功能。目前仅有少数膜蛋白听结构被实验测出,因此用计算机预测膜蛋白的结构是蛋白质结构预测的主要研究内容之一。膜蛋白一般在膜上形成保守的跨膜螺旋结构,序列特征明显,比较适合用预测的方法确定跨膜螺旋区段的位置。国际上已有一些研究者用人工神经网络方法、多序列比对方法和统计方法进行了预测尝试,取得了一定的成功经验。我们对蛋白质序列数据库中的     

大肠杆菌MG1655三个膜蛋白的生物信息学分析

从NCBI数据库中检索大肠杆菌MG1655膜蛋白pspD、yiaW和yeeE的氨基酸序列,采用生物信息学在线分析软件对三种膜蛋白的理化性质、保守结构域、跨膜区、信号肽、磷酸化位点、糖基化位点及相互作用蛋白拓扑网络进行了预测分析。实验表明psp D为亲水性蛋白,分子中不存在跨膜结构,yiaW和yeeE为疏水性蛋白,分子中分别有2个和9个跨膜区;3个蛋白分子中均不存在信号肽序列,也没有磷酸化位点,pspD中有1个糖基化位点,yiaW和yeeE中分别有2个和7个糖基化位点。3个蛋白二级结构中组成最多的是α-螺旋分别占56.16%、57.94%和42.61%。三级结构的预测结果与二级结构预测一致。对其相互作用蛋白的拓扑网络预测发现,pspD属于噬菌体休克蛋白操纵子家族成员,与pspA、pspB和pspC蛋白关系最为密切,推测其可能在特殊环境中对于维持膜功能有极其重要的作用;yiaW与yiaV蛋白为膜融合蛋白(外排泵组件,信号锚,与物质外排有关),和ycdZ (DUF1097家族内膜蛋白)、nrfA (亚硝酸还原酶)、nrfD (甲酸依赖亚硝酸盐还原酶)蛋白相互作用关系最为密切。yeeE蛋白与保守蛋白yeeD和yedF为同源蛋白,关系最为密切。此外,yeeE蛋白与cysJ、Cysp、cysN、cysD等硫酸盐跨膜运输蛋白关系密切,根据前面的预测其有9个跨膜区,推测其可能与物质的跨膜转运相关。     

幽门螺杆菌Lpp20蛋白的生物信息学分析

目的：分析幽门螺杆菌Lpp20蛋白的主要化学和免疫学分子特征,为基因工程疫苗和诊断抗原的研究奠定基础。方法：根据Lpp20蛋白的氨基酸序列,应用生物信息学工具分析其蛋白序列,预测其信号肽、跨膜区、疏水性、二级结构、三级结构等性质。结果：Lpp20蛋白具有一段信号肽、脂蛋白信号肽酶切位点及脂盒模体,没有跨膜区,可能是一个外周膜蛋白;Lpp20蛋白的二级结构以α螺旋为主,其三级结构为一个致密的球状。结论：为基于幽门螺杆菌Lpp20蛋白的疫苗开发打下了基础。     

采用TEV酶法进行整合膜蛋白拓扑学分析

为了研究膜蛋白的跨膜结构,进行拓扑学分析是十分重要的.有许多分析膜蛋白拓扑结构的方法,本文采用烟草蚀斑病毒（TEV）酶特异性切割测试蛋白中跨膜片段的前段或后端所插入的tev识别序列EXXYXQ(S/G),如果TEV酶能够切割,表明该序列位于目标蛋白的细胞 质外.将Tev识别序列ENLYFQG 分别插入到拟南芥整合膜蛋白的的跨膜区域,然后转化进入酿酒酵母中. 消解酶(zymolyase)酶破除酵母的细胞壁后,TEV酶消化球状体,最后通过Western免疫印迹法来分析结果.有关该方法的注意事项在结果中进行了讨论.     

融合标签技术在膜蛋白结构研究中的应用

膜蛋白高级结构的研究包括不同的层次,即膜蛋白拓扑学结构的研究、利用核磁共振技术和蛋白质晶体衍射技术对三维结构的研究,以及膜蛋白复合体的研究。在研究过程中,如果能够基于膜蛋白的拓扑学结构预测,选择合适的蛋白质或多肽融合标签,利用基因融合技术在基因水平上对膜蛋白进行改造,可以产生含有融合标签的重组膜蛋自,不仅具有原有膜蛋白的功能活性,还具有融合标签所特有的生理生化特性,将会极大地促进膜蛋白结构和功能的研究。我们就目前膜蛋白结构研究中所涉及的融合标签技术及其应用策略和所取得的进展做一简述。     

蜜蜂几丁质酶基因(Cht 5)的生物信息学分析

本研究采用生物信息学方法,对蜜蜂几丁质酶基因(Cht 5)编码蛋白的氨基酸组成、理化性质、疏水性、跨膜区、信号肽、亚细胞定位、结构功能域以及空间的二级结构和三级结构等方面进行分析和预测,并构建了系统进化树。分析结果显示,蜜蜂几丁质酶基因(Cht 5)全长1 848 bp,编码537个氨基酸,属于亲水性蛋白,含有信号肽,有典型的跨膜螺旋区,二级结构主要由无规则卷曲构成。系统进化树分析结果与传统的生物学分类结果一致。实验结果可为进一步开展蜜蜂几丁质酶基因家族的功能研究和应用提供信息参考。     

糜蛋白酶提高膜蛋白质谱分析序列覆盖率的胶内消化方法

近年来,质谱技术在膜蛋白结构与功能研究中被广泛应用。由于膜蛋白的跨膜结构域含有大量疏水性氨基酸,常常导致液质串联质谱检测的序列覆盖率较低,从而限制了质谱技术在膜蛋白结构与功能研究中的应用。文中利用人的整合膜蛋白维生素K环氧化物还原酶为模型,优化胶内消化条件,建立了一种稳定提高膜蛋白质谱序列覆盖率的糜蛋白酶胶内消化方法。通过探索钙离子浓度、pH值和缓冲体系对序列覆盖率、检测特异肽段的总数和类型以及特异肽段大小的影响,发现在5–10 mmol/L钙离子浓度、pH 8.0–8.5的Tris-HCl缓冲液中,可以兼顾序列覆盖率和肽段的多样性。该方法可以使膜蛋白的质谱覆盖率达到80%以上,将在膜蛋白结构与功能、膜蛋白相互作用位点的鉴定以及膜蛋白与小分子药物结合位点的鉴定等研究中具有广泛的应用价值。     

奥利亚罗非鱼DMO蛋白结构和功能预测的研究

目的:对奥利亚罗非鱼DNO蛋白的结构和功能进行预测研究.方法:利用生物信息学的方法对DMO基因推导的氨基酸序列进行结构特征和功能域预测分析,探讨了DMO的信号肽、亲/疏水性、跨膜拓扑结构、卷曲螺旋结构、基序、功能域及高级结构.结果:DMO在第1～17,39～113,153～301.372～410区段为高亲水性区域,属亲水性基团,具有两个螺旋卷曲区域,97～112,155～168氨基酸区域,没有信号肽,含有两个跨膜结构域,发生跨膜运动;DMO包含两个保守的DM-domain和DNA锌指结构等功能结构域;DNO含有1个亮氨酸拉链结构(21～42),7个蛋白激酶C磷酸化位点(49～51,184～186,191～193,235～237,270～272,294～296,333～335),5个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点(189～192,225～228,227～230,231～234,233～236).1个cAMP-andcGMP-依赖蛋白激酶磷酸化位点(296～299)10个肉豆蔻酰化位点(59～64,121～126,125～130,129～134,135～140,301～306,304～309,307～312,310～315,350～355);DMO蛋白含有27.38%的α-螺旋,8.8%的β-转角和53.79%的无规卷曲;DMO的高级结构中含有两个α-螺旋区域.结论:DMO蛋白与性别调控有关,并在细胞信号传导中发挥作用,且其生物活性可能接受信号途径中多种信号的调控,这为进一步研究奥利亚罗非鱼DMO基因编码蛋白的功能,明确DMO基因与性别调控的关系奠定了基础.     

鸟胞内分枝杆菌mmpL11同源基因序列分析及功能预测

以非结核分枝杆菌中的胞分枝杆菌、鸟分枝杆菌两个标准株为研究对象,以耻垢分枝杆菌mc2 155和结核分枝杆菌H37Rv为对照,对其mmpL11同源基因进行序列分析,并对其蛋白质进行结构及功能预测,为后期的抗酸染色阳性菌诊断,药物靶标的筛选提供理论基础。根据同源比对找到两个标准株的mmpL11同源基因;应用expasy工具预测Mmp L11同源蛋白理化性质;蛋白质信号肽预测采用SignalP在线软件进行预测;使用TMHMM在线工具进行拓扑结构预测;利用Interproscan工具对蛋白保守序列和功能进行预测;使用SSpro对蛋白二级结构进行预测。OCU48920蛋白的理化性质分析显示:其氨基酸个数为1 018,分子量为108.4 k D,理论等电点为7.61,疏水指数为0.227;MAP3637c蛋白的理化性质分析显示:其氨基酸个数为1007,分子量为107.2 k D,理论等电点为8.59,疏水指数为0.231。信号肽预测发现两个标准株的Mmp L11均不存在信号肽切割位点,未发现信号肽存在。跨膜预测发现其跨膜次数分别为12和12肽链,N端均在膜内,二级结构以α-螺旋和β-片层为主。保守序列预测发现两个标准株的Mmp L11蛋白均有两个MMPL跨膜结构域,一个固醇敏感多肽区。OCU48920、MAP3637c为H37Rv的Mmp L11同源蛋白,推测其功能同Mmp L11相似,是分枝菌酸的转运蛋白,参与胞内小分子的运输和信号转导。     

人P2X_1蛋白生物信息预测

利用生物信息学方法对配体门控离子通道受体人P2X_1蛋白的理化性质、信号肽、跨膜区、亲疏水性、二级结构及三级结构、蛋白质间的相互作用、GO注释等进行预测分析。结果显示:P2X_1蛋白是两次跨膜的亲水蛋白质,由399个氨基酸组成,等电点为8.75,有一段核定位序列;二级结构存在6个α螺旋区和15个β折叠区,三级结构预测结果的可靠性为45.35%,拉曼图分析表明预测结构较稳定;与P2X_1相互作用的蛋白质主要是传导信号的嘌呤受体和离子通道蛋白质,而且P2X_1蛋白可能参与血管凝集及炎症反应等生理过程。上述对人P2X_1蛋白结构及功能的预测为研究人P2X_1蛋白在生物过程及疾病治疗方面的作用提供了重要的理论依据。     

禾谷炭疽菌RGS蛋白生物信息学分析

【目的】明确禾谷炭疽菌中存在的典型RGS,及其信号肽、跨膜区、二级结构特征,明确该菌RGS与其他病菌之间的关系,最终为深入开展RGS定位、功能研究打下坚实的理论基础,也为进一步开展其他炭疽菌的研究提供重要的理论指导。【方法】基于酿酒酵母中已经报道的4个典型RGS序列,利用BLASTp以及关键词对禾谷炭疽菌蛋白质数据库进行比对、搜索,以及通过SMART保守结构域分析。同时,通过对禾谷炭疽菌中典型RGS氨基酸序列进行细胞信号肽、跨膜区结构以及二级结构等生物信息学分析,此外,通过对禾谷炭疽菌中的典型RGS与其他物种中的同源序列进行遗传关系比较分析。【结果】明确禾谷炭疽菌存在6个典型的RGS,上述RGS在蛋白质二级结构中均含有较高比例的α螺旋结构,而在信号肽方面,除CgRGS6含有明显的信号肽序列外,其他RGS则没有;6个RGS中3个定位在细胞核中,其他则定位在质膜、内质网、线粒体上。【结论】禾谷炭疽菌中的RGS与C.higginsianum、C.gloeosporioides Cg-14/Nara gc5、C.orbiculare等炭疽菌属中的病菌具有较高的同源序列,以及较近的亲缘关系。     

基于序列拓扑和二阶隐马尔可夫模型的跨膜蛋白亚细胞定位预测

现有蛋白质亚细胞定位方法针对水溶性蛋白质而设计,对跨膜蛋白并不适用。而专门的跨膜拓扑预测器,又不是为亚细胞定位而设计的。文章改进了跨膜拓扑预测器TMPHMMLoc的模型结构,设计了一个新的二阶隐马尔可夫模型;采用推广到二阶模型的Baum-Welch算法估计模型参数,并把将各个亚细胞位置建立的模型整合为一个预测器。数据集上测试结果表明,此方法性能显著优于针对可溶性蛋白设计的支持向量机方法和模糊k最邻近方法,也优于TMPHMMLoc中提出的隐马尔可夫模型方法,是一个有效的跨膜蛋白亚细胞定位预测方法。     

粟酒裂殖酵母全基因组中含信号肽蛋白质的研究

对粟酒裂殖酵母全基因组3条染色体上的4,997个蛋白序列进行了全局性的分析,利用signalP3.0软件分析这些蛋白的N-末端信号肽序列, 预测有N-末端分泌信号肽序列的蛋白196个;利用TMpred 软件分析跨膜结构, 预测跨膜蛋白117个; 使用PrositeScan程序分析膜脂蛋白的脂结合位点, 预测有膜脂结合蛋白13个, 进而预测分泌性蛋白序列66个。使用Target P分析66个分泌蛋白的蛋白序列, 研究这些蛋白在细胞中的定位。这些分泌蛋白的功能涉及粟酒裂殖酵母的营养、生殖、细胞间以及细胞与环境间的交流等许多方面, 对细胞的生存和繁殖有重要意义, 在系统生物学的研究中有重要参考价值。粟酒裂殖酵母分泌组的研究也将为粟酒裂殖酵母作为药物筛选模型以及开发为外源蛋白表达的宿主提供基础。     

植物金属硫蛋白MT2的生物信息分析

用生物信息分析方法对已在GenBank上注册的拟南芥等13种植物金属硫蛋白MT2的氨基酸序列与组成、亚细胞定位、跨膜区与信号肽、疏水性／亲水性、蛋白质二、三级结构以及功能等进行分析与预测。结果表明,植物MT2主要位于叶绿体中,无信号肽,是非跨膜的亲水性蛋白,不规则卷曲是其蛋白质二级结构的主要结构元件,无功能结构域。这一结果可为植物MT2深入的结构与功能分析及利用提供进一步的信息与参考。     

黄瓜CsEXP 10基因的电子克隆及生物信息学分析

以黄瓜CsEXP10 cDNA片段为信息探针,利用电子克隆和序列拼接方法获得了1191bp的cDNA序列。应用生物信息学软件预测了该蛋白的理化性质、卷曲螺旋、疏水性、信号肽、跨膜结构、糖基位点、活性位点、亚细胞定位及二级和高级结构。结果表明：该蛋白是一个疏水性稳定蛋白,定位于细胞壁,含有4个α-螺旋,11个β-折叠,5个跨膜区域,10个糖基化位点,具有催化域和多糖结合域两个结构域。     

梅花鹿PRDX4编码区全长cDNA的克隆及序列分析

过氧化还原酶4(PRDX4)是重要的抗氧化蛋白,在鹿茸角柄骨膜致敏区特异性高表达。为探究其在鹿茸再生中的作用,本研究克隆了梅花鹿PRDX4的cDNA编码区。序列分析表明梅花鹿PRDX4的cDNA编码区长819 bp,编码272个氨基酸,预测该酶分子量3.062 kD,等电点6.1。利用生物信息学软件预测其是一种跨膜蛋白,有一段信号肽序列和两个保守功能域,并对梅花鹿PRDX4蛋白的三级结构进行了预测。     

花生丛枝植原体免疫膜蛋白基因克隆及细菌双杂交诱饵质粒构建

初步分析植原体免疫膜蛋白的结构,以Imp构建诱饵质粒,为研究植原体与寄主互作的分子机理,探讨植原体传播、侵染及在寄主内的运输方式奠定基础。根据本实验室获得的花生丛枝植原体免疫膜蛋白基因序列设计特异性引物Imp-F/Imp-R,通过PCR扩增获得花生丛枝植原体免疫膜蛋白基因,大小519 bp,编码蛋白含有172个氨基酸残基,与SPWB膜蛋白的核苷酸差异一个碱基,氨基酸序列相同。另外与WBDL膜蛋白的核苷酸和氨基酸序列同源性分别为79.8%和70.2%。对其进行系统发育树分析;初步分析imp基因编码蛋白的跨膜区和疏水区。分析结果表明：花生丛枝植原体免疫膜蛋白C端有一跨膜锚定区,N端主要为膜内亲水区,没有前导信号序列。预测花生丛枝植原体免疫膜蛋白是一类C端跨膜的植原体免疫膜蛋白。将imp基因克隆到带有λcI基因的pBT质粒上,构建诱饵载体pBT-Imp,并通过IPTG诱导表达,western blot检测和自激活检验对其进行检测。结果显示：所构建的诱饵载体pBT-Imp可用于细菌双杂交的进一步实验。     

基于血凝素关键序列的流感病毒疫苗

流感病毒的血凝素(HA)位于流感病毒包膜上,在流感病毒吸附和穿入宿主细胞的过程中起着重要作用.血凝素以三聚体的形式镶嵌在病毒包膜上,每个单体糖蛋白是由两个经二硫键连接的蛋白亚单位组成,即HA1和HA2.血凝素属Ⅰ型膜蛋白,其一级结构含有4个结构域:信号肽(前导序列)、胞浆域、跨膜域和胞外域. 血凝素是流感病毒最主要的表面抗原,它能够诱导机体产生相应的中和抗体以中和病毒.血凝素一般含有5 个抗原决定簇,流感病毒的流行与其抗原结构的变化密切相关.主要就血凝素的结构和功能、流感病毒疫苗以及以血凝素基因关键序列为基础的流感病毒疫苗进行阐述.     

人STC2蛋白的生物学分析

运用生物信息学方法预测分析不同物种间STC2蛋白的理化性质、同源性以及人STC2蛋白亲水性、核定位序列,跨膜区域、信号肽结构、亚细胞定位,二级结构、三级结构、互作蛋白、GO注释分析。STC2蛋白由302个氨基酸组成,理论等电点为6.93,具有较强亲水性,在哺乳动物中较为保守,不存在核定位序列和跨膜结构,含有信号肽,主要集中在细胞内质网或分泌到胞外;STC2蛋白二级结构预测有11个α螺旋区和1个β折叠区,拉曼图表明三级预测结构可靠,互作蛋白及GO注释提示STC2可参与多种细胞生物学过程。通过对人STC2蛋白结构和功能的预测分析,为STC2蛋白的进一步研究提供一定的理论依据,也为STC2相关疾病的诊治提供新的思路。