生物信息学概论第七章蛋白质和RNA结构预测

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1、第七章蛋白质和RNA结构预测生命科学与技术学院阎爱侠蛋白质是重要物质基础人体的所有组织器官都会有蛋白质，蛋白质是生命的物质基础。蛋白质是人体的主要“建筑材料”。没有蛋白质的供给，人就不可能从3～4千克的新生儿长成50～60千克重的成年人。一般说，蛋白质约占人体全部质量的18％，最重要的还是其与生命现象有关。蛋白质和核酸是生命存在的主要形式。面对堆积如山的生物学数据……蛋白质的功能蛋白质是调控和实现所有生物功能的分子机器。例如：结构蛋白-胶原酶-维持和增强结缔组织机械酶-肌浆球蛋白-实现宏观和微观上的运动各种酶-参与生理功能某些蛋白质与DNA或RNA相互

2、作用产生新的蛋白质蛋白质折叠蛋白质是线性的氨基酸合成的结果，但在生物体内会迅速折叠成一个紧密的球状结构。1.大多数蛋白质只有在折叠成天然球状结构的时候才能具有完全的生物活性。2.去折叠（变性）蛋白质在允许重新折叠的实验条件下可以折叠到原来的结构。重大挑战性问题蛋白质的结构预测！！（目前，还没有一个算法能够很好地预测出一个蛋白的三维结构形状）蛋白质结构预测通过计算（如分子力学、分子动力学等）来进行结构预测（1）对于天然蛋白结构和未折叠结构，两者之间的能量差非常小（1kcal/mol数量级）（2）研究蛋白质结构的计算量非常大7.1氨基酸蛋白质由20种不同大

3、小、形状和化学特性的氨基酸组成。氨基酸结构：蛋白质是由二十种不同的氨基酸构成的20种标准氨基酸都是L-氨基酸特征：L-氨基酸分子中的α碳（分子中第2个碳）结合着一个碱性的氨基和一个酸性的羧基，此外Cα还结合着一个H原子和一个侧链基团（用R表示）。每一种氨基酸的R都是不同的，侧链上的碳依次是第3、4、5和6位碳。A.疏水氨基酸（hydrophobicaminoacid）B.极性氨基酸（polaraminoacid）C.带电氨基酸（chargedaminoacid）氨基酸通常按性质被分为3类CompanyLogo疏水性氨基酸这类氨基酸的侧链大多或者全部由碳

4、原子和氢原子组成，因此这些氨基酸就不太可能与水分子形成氢键。如：酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等。酪氨酸苯丙氨酸色氨酸CompanyLogo极性氨基酸这类氨基酸的侧链通常由氧原子和/或氮原子组成，它们比较容易与水分子形成氢键。如甘氨酸、半胱氨酸、酪氨酸等。甘氨酸半胱氨酸酪氨酸pH值表示溶液中H+浓度的负对数。55,000,000个水分子中有一个水分子离解成H+和OH-，与之相对应的浓度是1×10-7M，因此中性溶液的pH=7。生理条件（pH7附近）下氨基酸呈现兼性离子形式pH和水分子相似，许多氨基酸的侧链也含有可离解的质子。氨基酸的pKa值是一个表示氨基酸释

5、放其可离解质子的相对难易程度的量。当pH值比氨基酸的pKa值小一个pH单位时，大约会有90%的氨基酸被质子化；当pH值比氨基酸的pKa值小两个pH单位时，大约会有99%的氨基酸被质子化。pKapKapKa利用Handerson-Hasselalch公式，可算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例：[质子受体]pH=pKa+log------------[质子供体]蛋白质的等电点是指当这种蛋白质在溶液中的静电荷为零时溶液的pH值。蛋白质的等电点可以反映组成这种蛋白质的氨基酸的总体信息。例如如果蛋白质的pI＞7，我们就可以知道蛋白质中的碱性氨基酸比酸

6、性氨基酸多。对R侧链基不解离的氨基酸：pI=(pKa1+pKa2)/2pI甘氨酸滴定曲线几种氨基酸的解离常数和等电点氨基酸-COOHpKa-N+H3pKaR基pKapI甘氨酸2.349.605.97丙氨酸2.349.696.02天冬氨酸2.099.823.86(βCOOH)2.97天冬酰胺2.028.85.41精氨酸2.179.0412.48(胍基)10.76组氨酸1.829.16.00（咪唑）7.597.2多肽的组成（一级结构）几个氨基酸组成的氨基酸链称作肽，一条较长的氨基酸链通常称为多肽或者蛋白质。当两个氨基酸实现共价结合的时候，一个氨基酸的氨基丢

7、失一个氢，同时另一个氨基酸丢失一个氧和一个氢，脱水生成肽键。7.2多肽的组成（一级结构）与DNA分子和RNA分子一样，多肽也具有特定的方向性。多肽的氨基端（N端）具有一个氨基，同时在羧基端（C端）具有一个羧基。蛋白质序列通常被认为是从N端起始，然后逐渐向C端发展的。组成蛋白质的氨基酸序列完全决定了蛋白质的三维形状和理化特性，也最终决定了它的生物功能。7.3二级结构作用估计蛋白的结构类型提高同源模建的准确性三级结构预测的起点方法Chou-Fasman（经验参数法）Garnier（GOR法）二级结构7.3二级结构的类型（1）α螺旋：肽链主链绕假想的中心轴盘

8、绕成螺旋状，一般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。每个氨基酸残基（第n个）的羰基与多肽