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1、第18卷第5期湖南教育学院学报2000年10月20日Vol.18No.5JournalofHunanEducationalInstituteOct.20.2000不同类蛋白质氨基酸疏水序列的周期特性肖奕,黄敏,沈晖(华中理工大学物理系,中国武汉430074)摘要:用功率谱的方法分析了不同类蛋白质氨基酸疏水序列,我们发现不同类蛋白质氨基酸疏水序列有着与其肽链结构中-螺旋,-折叠片顺序强烈相关的周期性.关键词:蛋白质序列;结构类;功率谱(PSD);疏水值;周期(T)中图分类号:Q616文献标识码:A文章编号:100
2、16074(2000)05014504ThePeriodPropertyofAminoAcidHydrophobicSequencesofProteinsofDifferentTypesXIAOYi,HUANGMin,SHENHui(DepartmentofPhysics,HuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,430074,China)Abstract:Theaminoacidhydrophobicsequencesofproteinsofdifferenttypesareanalysedbyusingthe
3、methodofPSD.Ithasbeenfoundthattheaminoacidhydrophobicsequencesofproteinsofdifferenttypeshavetheperiodpropertycorrespondingtotheorderof-helixand-sheetofthepeptidechains.Keywords:proteinsequence;structuretype;powerspectrumdensity(PSD);hydrophobicvalue;period(T)生物信息学是目前国际上非常活跃的分子生物学、信息
4、科学和数理科学交叉的新兴学科,将成为21世纪的带头学科之一.本文用数理方法研究蛋白质的结构和其氨基酸序列的关系.自从著名的Anfinsen牛胰核糖核酸酶复性实验以来,普遍认为蛋白质的三级结构是唯一的由[1-9]其氨基酸序列决定的,因此在从蛋白质氨基酸序列中提取结构信息方面作了大量的工作,[8]其中之一是研究蛋白质序列的关联特性.1984年,Eisenber等人研究了蛋白质序列中形成-螺旋的序列片段和形成-折叠的序列片段的周期,他们将每个氨基酸残基都映射为一个收稿日期:20000420基金项目:国家自然科学基金(编号3987071)和国家高性能计算基金(编号98
5、4066和99308)资助.作者简介:肖奕(1963),男,湖南邵阳人,教授,博导;黄敏(1975),女,湖南耒阳人,讲师;沈晖(1975),男,湖南耒阳人,讲师.146湖南教育学院学报(第18卷)2000疏水值,然后研究所得到的数字序列的傅立叶变换的模的周期.他们发现,形成-螺旋的序列片段有一个强的36残基的周期(T),这个周期正是-螺旋结构的周期,形成-折叠的序[9]列片段有个23残基周期,这正好也是-折叠结构的典型周期.最近,Weiss和Herzel用关联函数分析了一系列非同源蛋白质序列
6、.他们发现,疏水自相关函数在周期3到4之间有强的振荡,这种振荡逐渐衰减直至在10-15个氨基酸长度处消失.这正与a-螺旋的36结构周期相对应,因为-螺旋的典型长度是5-15个氨基酸残基.所有这些结果表明蛋白质氨基酸序列的确含有其结构信息.[10]根据肽链中-螺旋和-折叠的相对顺序可将蛋白质结构分为4类,它们是:全-类、全-类、-类、+-类.全-类蛋白质分子结构基本上是由-螺旋组成的;全-类蛋白质分子结中-折叠链含量高;-类中-类螺旋与-折叠相间交叉排列;+类蛋白质分子结构中,-螺旋、-折叠间隔分布.为了从蛋白质序列中得到结
7、构信息,很自然的想到不同类蛋白质序列是否有不同的关联特性.本文分别讨论这4类蛋白质氨基酸疏水序列的周期性,我们考虑的是整条蛋白质链而不是蛋白质序列片段,因此更接近真实蛋白质的情况.我们通过计算蛋白质序列的功率谱,来研究它们的周期性,功率谱(PSD)是关联函数的傅立叶变换,所以我们可以很容易地从功率谱中看到关联函数的周期.在这里我们用Welchs方[11]法来估算功率谱,这是一种平均的、修正的估算.为了计算蛋白质序列的功率谱,我们首先必需将氨基酸符号映射为数字,这一过程可以根据氨基酸自身的特性例如分子量、体积、所带电荷、比容、疏水性、极性
