生物信息学 第5章 常用分析软件

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1、第5章常用分析软件一、基因结构基因的概念是随着遗传学、分子生物学、生物化学等领域的发展不断完善的。从分子生物学角度来看，基因是负载特定生物遗传信息的DNA分子片段，在一定的条件下能够表达这种遗传信息，产生特定的生理功能。原核生物基因结构：一个完整的原核基因结构是从基因的5'端启动子区域开始，到3'端终止区域结束。基因的转录开始位置由转录起始位点确定，转录过程直至遇到转录终止位点结束，转录的内容包括5'端非翻译区、开放阅读框及3'端非翻译区。基因翻译的准确起止位置由起始密码子和终止密码子决定，翻译的对象即

2、为介于这两者之间的开放阅读框ORF。真核生物基因结构：一个完整的真核生物基因，不但包括编码区域，还包括5'端和3'端两侧长度不等的特异性序列，虽然这些序列不编码氨基酸，却在基因表达的过程中起着重要的作用。所以，严格的“基因”这一术语的分子生物学定义是：产生一条多肽链或功能RNA所必须的全部核苷酸序列。二、蛋白质结构蛋白质是一种生物大分子，蛋白质中相邻的氨基酸通过肽键形成一条伸展的肽链，这条链称为蛋白质的一级结构，不同蛋白质其肽链的长度不同，肽链中不同氨基酸的组成和排列顺序也各不相同。肽链上的氨基酸残基形

3、成局部的二级结构，各种二级结构在空间卷曲折叠形成特定的三维空间结构。有的蛋白质由多条肽链组成，每条肽链称为亚基，亚基之间又有特定的空间关系，称为蛋白质的四级结构。DNA序列特征分析分析DNA序列，除了进行序列比对之外，更重要的工作是从序列中找到基因及其表达调控信息。寻找基因的工作有两个：一是识别与基因相关的特殊序列信号，如启动子、起始密码子，通过信号识别大致确定基因所在的区域；二是预测基因的编码区域，或预测外显子所在的区域。在此基础上，结合两个方面的结果确定基因的位置和结构。绝大部分基因表达调控信息隐藏

4、在基因序列的上游区域，在组成上具有一定的特征，可以通过序列分析识别这些特征。真核生物的开放阅读框真核生物的开放阅读框不仅含有编码蛋白的外显子（exon），而且还有内含子（intron），并且内含子将开放阅读框分割为若干个小片段。开放阅读框的长度变化范围非常大，因此真核生物的基因预测远比原核生物困难。但是，在真核生物的开放阅读框中，外显子与内含子之间的连接绝大部分情况下满足GT-AG规律：内含子序列5'端的起始两个核苷酸总是GT，并且其3'端的最后两个核苷酸总是AG，即：5'-GT……AG-3'，这个规律

5、有助于真核生物开放阅读框的识别。CpG岛——CpGislandsCpG岛是指DNA序列上的一个区域，此区域含有大量相联的胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G），以及使两者相连的磷酸酯键（p）。CpG岛的概念是Gardiner-garden和Fromner于1987年提出的，基因中平均每100Kb即可出现。CpG岛位于基因的启动子和第一个外显子区，约有60%~80%的人类基因的启动子和起始外显子含有CpG岛，其中GC含量大于50%，长度超过200bp。因此搜索CpG岛可以为基因及其启动子预测提供重要线索。利用CpGP

6、lot预测分析CpG岛CpGPlot是预测CpG岛的在线工具，它是由欧洲分子生物学实验室EMBL——EuropeanMolecularBiologyLaboratory提供的。其网址为：http://www.ebi.ac.uk/Tools/emboss/cpgplot/index.htmlCpGPlot在线操作页面用CpGplot预测AC002390序列的CpG岛的结果用CpGReport预测AC002390序列的CpG岛的结果五、密码子偏好性密码子使用偏性是指生物体中编码同一种氨基酸的同义密码子的非均

7、匀使用现象。这一现象的产生与诸多因素有关，如基因的表达水平、翻译起始效应、基因的碱基组分、某些二核苷酸的出现频率、G+C含量、基因的长度、tRNA的丰度、蛋白质的结构及密码子一反密码子间结合能的大小等。所以对密码子使用偏好性的分析具有重要的生物学意义。利用CodonW分析密码子偏好性CodonW是美国DEC公司开发的对密码子的使用进行分析的免费的软件工具。此软件是建立在大量的统计学分析的基础上，为了简化在线分析的复杂性而开发的，它可以在Windows环境下运行，并且可以同时处理2000条以上的序列。通过

8、对DNA或RNA序列的分析，CodonW会产生关于密码子使用的相关指标的统计学分析的数据，我们可以利用这些数据对我们所要了解的序列进行分析。其下载网址为：ftp://molbiol.ox.ac.uk/cu/codonW.tar.Z。CodonW1.4主菜单的操作页面11个密码子使用的指标序号全称缩写1234567891011CodonAdaptationIndexFrequencyofOptimalCodonsCodonBiasIndexT