癌症研究的生物信息学资源

随着癌症研究的发展,生物信息学成为癌症研究的一个非常重要的方法和手段,本文从微阵列芯片数据管理和分析软件、微阵列数据仓库、蛋白质功能预测工具和蛋白质结构预测工具等四个方面介绍癌症研究的生物信息学资源信息,以给相关研究提供帮助.     

丝氨酸蛋白酶超家族分子结构进化研究

采用刚体结构比较法进行蛋白质的结构比较,根据结构比较分数构建分子进化树, 研究丝氨酸蛋白酶超家族分子的进化规律。对分子进化树进行了一些初步分析,得到了一些有意义的结果。根据蛋白质的进化,可以比较精确的确定某物种的进化地位,对于物种的分类具有重要意义。通过对超家族分子进化的研究可以了解蛋白质超家族不同蛋白质之间的亲缘关系和蛋白质之间的进化差异,对于蛋白质工程分子设计提供帮助,对蛋白质结构预测具有一定意义     

小分子活性肽筛选方法

小分子活性肽作为疫苗、诊断试剂、药物以及药物先导化合物已成为药物研究领域的新趋势。小分子活性肽有多种筛选方法：基于噬菌体展示肽库、蛋白质降解(酶法．化学法)、MHC-多肽复合物、蛋白质结构、蛋白质结构预测和反义同源盒原理,它们各具特点。基于蛋白质结构的活性肽分子筛选将成为多肽药物筛选的主要方向之一。     

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．     

蛋白质结构与功能研究中的分子模拟技术

分子模拟技术为蛋白质的研究提供了一种崭新的手段,在理论上解决了结构预测和功能分析以及蛋白质工程实施方面所面临的难题。它在蛋白质的结构预测和模建工作中占有举足轻重的地位,实现了生物技术与计算机技术的完美结合。本文简要阐述了该技术的基本步骤和工作原理,并以目前应用最广的生物大分子领域的商品化分子模拟软件Accelrys公司基于Linux系统开发的InsightII为例,介绍了相关程序模块的功能和作用,同时结合该技术在蛋白质的结构预测和模建、结构与功能关系分析、分子设计等过程中的开发与应用,加以具体说明和展望。     

应用于生物科学研究的一门新技术——中子散射分析技术

近十年来,中子散射分析技术已经发展成为研究物质结构的重要方法,最近又把这个方法应用到生物科学研究中去。研究生物的细微结构,一般采用电子显微镜和X射线衍射技术。应用电子显微镜,来检查细胞、细胞的组成部分。用X射线衍射技术来研究蛋白质等生物大分子内的原子空间排列。可是在这两个范畴之间,尚有一个空隙:细胞的某些部分,用电子显微镜检测嫌小,用X射线衍射研究原子细节嫌大。而这个中间水平的结构资料,却又往往非常重要。象核糖体就是一个例子。核糖体是一切细胞里都有的、非常重要的细胞器,它由55个蛋白质分子和三个RNA分子所组成。如果不首先了解这些蛋白质、RNA分子是如何进行装配的,我们几乎无法了解核糖体在蛋白质合成中如何执行其任务。可是核糖体在电子显微镜图象中,只能是一个轮廓,从这些图象中获取的结构资料是     

基于氨基酸序列和模拟结构预测蛋白质稳定性的研究进展

稳定性是蛋白质重要性质之一,工业用蛋白质需要良好的稳定性,进化过程中蛋白质新功能的衍生也依赖于蛋白质的稳定性。提高蛋白质的稳定性,尤其是提高未知结构蛋白质的稳定性是一项非常具有挑战性的工作——传统的蛋白质改造方法如定向进化费时费力,传统的理性设计则难以被其他研究者复制。虽然目前有很多蛋白质稳定性预测工具,但这些预测工具大多都需要预先测定蛋白质的三维结构,因此结构未知的蛋白质的稳定性预测受到了限制。近年来,人们开发了一些利用蛋白质的氨基酸序列和模拟结构来预测突变对结构未知蛋白质稳定性影响的预测工具。介绍该方面的研究进展,以期为蛋白质工程研究提供参考。     

基于Cytoscape下斑马鱼衰老基因-蛋白质的模块化分析

近20年来,斑马鱼逐渐成为研究人类基因功能的重要模型动物。同时,通过对斑马鱼参考基因组序列和10 000多个蛋白编码基因的鉴定,表明斑马鱼至少与人类基因有75%的同源性,进一步验证了斑马鱼基因组序列可以作为衰老的研究模型。此外,其良好保守的分子和细胞生理学的广泛特征使斑马鱼成为揭示衰老、疾病和修复的潜在机制的极好模型。但是斑马鱼衰老的分子机制很少发生分子间的相互作用,因此蛋白质-蛋白相互作用(PPI)网络是非常可取的。本实验描述了斑马鱼这种生物衰老机制的模型,其涵盖了与衰老相关的87种蛋白质之间的767种相互作用。这不仅包含准确预测的PPI,还包含从文献收集以及实验所得的那些分子相互作用。同时,将这些分子相互作用模块化,形成模块化,找到11个中心基因,分析预测其衰老过程。希望能帮助研究斑马鱼的学者研究其衰老过程,提供一些假说和帮助。     

蛋白质的晶体生长及其进展

蛋白质晶体生长是用衍射法测定和研究蛋白质三维结构不可缺少的首要步骤,因而对于从分子水平了解生命过程和有效地开发蛋白质工程、理性药物设计等新的生物技术具有重要意义。这一结构测定步骤所处的落后状态,更使蛋白质晶体生长成为倍受重视的研究课题。蛋白质和核酸等生物大分子的结晶是一个受多个因素影响的过程。来自不同学科的研究人员从各个方面对蛋白质的晶体生长开展了研究,并取得了不同程度的进展。     

冷冻电镜技术在分子植物学研究中的应用

植物体的各项生理活动依赖于分子水平上多种植物蛋白质/蛋白质复合体的相互作用和动态变化,了解这些蛋白质/蛋白质复合体的结构和功能对于研究相关植物生理活动的分子机理至关重要.得益于最近的技术进步——包括直接电子探测器的发展和先进的图像处理算法,冷冻电镜技术已经逐步发展成为研究蛋白质/蛋白质复合体的重要技术手段,这也为深入理...     

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。     

核磁共振波谱应用于结构生物学的研究进展

综述了核磁共振波谱在结构生物学研究中的进展。在溶液中测定生物大分子的结构,分子大小的限制正被减少,尽管新结构的测定仍然需要付出比较大的努力。核磁共振是一个有效的手段,可用于研究在许多细胞过程中存在的弱的或者瞬态的蛋白质-蛋白质相互作用。结构的柔性在蛋白质分子功能中起了中心作用。由于最近方法学的发展,使NMR可以表征蛋白质的动力学,从而可以对分子机制有新的认识。核磁共振波谱可以在原子分辨率下表征无序的蛋白质系统,可以研究折叠路径。跨膜蛋白在细胞中起了关键作用,这使它们成为药物的靶标。应用液体和固体核磁共振技术已经成功测定了跨膜蛋白质的结构。     

蛋白质二级结构预测方法初探

蛋白质二级结构的预测是生物信息学中一个重要的研究课题,在对蛋白质组的研究中也是最具难度的一个问题。进行二级结构预测对于理解蛋白质结构与功能的关系,以及分子设计、生物制药等领域都有重要的现实意义。同时也是一级结构与三级结构所联系的媒介,也为三级结构的研究打下基础。虽然目前预测的方法有几十种,但准确率最高的也只有70%多,本文对于目前方法进行分析,希望从中得到更加准确的方法。     

分子伴侣

分子伴侣是最近十几年才发现的一类非常保守的蛋白家庭。它与酶的作用方式类似，能和某些不同的多肽链非特异性结合，催化介导蛋白质特定构象的形成，参与体内蛋白质的折叠、装配和转运，但又不构成其结构的一部分。这类保守的蛋白家族大致可分为四类，广泛存在于生物体中。其中研究得最多的是热休克蛋白。实际上，分子伴侣是一种蛋白质分子构象的协助者，主要参与蛋白质次级结构的形成。     

蛋白质表面氨基酸特性研究进展

分布在蛋白质分子表面的暴露于溶剂的氨基酸所具有的一些特性对蛋白质的折叠和聚合过程、蛋白质一蛋白质相互作用以及蛋白质的功能具有重要影响。本文分析了蛋白质表面氨基酸在疏水性、保守性、静电势及结构方面的一些特性,阐述了近年来国际上利用这些特性对蛋白质一蛋白质相互作用界面进行预测的方法,最后介绍了几款预测蛋白质表面氨基酸的软件。     

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个蛋白酶和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     

基于SVM的蛋白质二级结构预测

蛋白质结构预测是现代计算生物领域最重要的问题之一,而蛋白质二级结构预测是蛋白质高级结构预测的基础。目前蛋白质二级结构的预测方法较多,其中SVM方法取得了较高的预测精度。重在阐述使用SVM用于蛋白质二级结构预测的步骤,以及与其他方法进行比较时应该注意的事项,为下一步的研究提供参考及启发。     

蛋白质柔性复合物的结构预测

将自洽系综最优化方法（ＳＣＥＯ）推广到主链可变的分子体系,并以此来实现蛋白质复合物结合界面的柔性优化。据此,提出了一种模拟蛋白质“诱导契合”过程的计算方法,来实现蛋白质柔性复合物的结构预测。经过三个蛋白质柔性复合物结构预测的检验,表明这种方法是可行的,并且达到了计算精度和计算速度上的兼顾     

脂蛋白电子显微结构研究的优化负染方法

人类心血管等疾病与胆固醇含量的高低有着十分密切的关系．人体内胆固醇主要通过血液中的脂蛋白来调节和运载．因此,新一代调节胆固醇的药物设计迫切地需要揭示脂蛋白分子结构与功能之间的关系．由于脂蛋白分子的成分高度复杂、结构特征灵活、尺寸微小,传统的蛋白质结构标定技术,如X射线衍射、核磁共振谱、质谱和冷冻电子显微镜等手段都面临着巨大的困难．针对这一问题,任罡小组最近提出一种优化的电镜负染制备方法,可以观测到单个脂蛋白分子的空间结构．此方法应用的成功,使得对单个脂蛋白分子的结构研究成为可能．同时也证明该负染色技术作为一种普遍的实验手段,可以用于对蛋白质小分子的结构研究,从而将促进新一代蛋白质分子药物的研发．     

脊椎动物血浆蛋白质的进化

分子生物学的迅猛发展,使我们有可能从分子水平来探讨生物进化这一经典命题。分子进化遂成为进化生物学中的一个新的研究领域。脊椎动物血浆中有数百种蛋白质,依据其一级结构的类似性可划分为仅仅几个家族。蛋白质的进化主要涉及到基因复制(包括加倍)和外显子改组。对不同种属同一种蛋白质的氨基酸排列顺序的比较,可以给出一些有关蛋白质进化的知识。这方面业已取得的成就极大地推进了进化生物学的发展。