蛋白质结构分析.ppt

（二）比较建模法预测蛋白质高级结构 比较建模法又称为同源建模法（Homology modeling），它是基于进化相关的序列具有相似的三维结构，且进化过程中三维结构比序列保守而利用进化相关的结构模板信息建模。 1. 比较建模的原理 第六十三页，共九十二页，2022年，8月28日 2. 比较建模的基本步骤 ①将靶序列作为查询序列来搜索PDB ②将靶序列和模板序列进行序列比对 ③以模板结构骨架作为模型，建立靶蛋白质骨架模型 ④对侧链建模，包括构建环区（loops）和侧链，优化侧链位置，并从模板结构到靶精炼整个模型 ⑤优化和评估产生的模型。 第六十四页，共九十二页，2022年，8月28日 3. 比较建模法的局限性 传统的比较建模是通过PSI-BLAST找到已知结构的相关蛋白。最近如进行profile－profile比较和有效利用结构信息的更加复杂的方法已显著增加了不仅比对的质量而且远程同源(remote homologue)检测的能力。因此，比较建模和折叠识别在基于模板的建模方法中的区别现已十分模糊。开发新的比较建模和折叠识别的算法导致网上各种预测方法的出现，这包括结构预测meta-服务器。 第六十五页，共九十二页，2022年，8月28日 四、蛋白质高级结构的实验解析方法 蛋白质结构实验分析主要有 三大技术平台 （一）X-衍射蛋白质晶体结构分析 （二）核磁共振波谱分析 （三）冷冻电镜技术 第三十一页，共九十二页，2022年，8月28日 （一）蛋白质晶体结构X-衍射分析 摸索蛋白质结晶条件、快速处理晶体结构数据和减少差错是目前蛋白质晶体结构分析的两大难题或瓶颈。 是目前分辨率最高的结构测定方法，高通量晶体结构分析中的几大重要环节是：数据处理与分析、重原子的定位、密度修饰、分子替换、图形整合、模型加工和确认。 晶体结构分析的常用软件有SOLVE，RESOLVE等。 第三十二页，共九十二页，2022年，8月28日 （二）核磁共振波谱分析 利用核磁共振原理，检测分子质量小于60kμ的蛋白质，通过对其核磁共振谱线特征参数的测定来分析蛋白质的结构与性质，就是将原始资料利用傅里叶变换转换为不同的峰值，然后采集各种不同的峰组成图谱，并利用生物信息学方法筛选出具有特定结构特征的图谱。 常用NMRPipe和SPARKY软件处理这些过程，使用XEASY，DYANA和GARANT等软件分析侧链或骨架结构。 第三十三页，共九十二页，2022年，8月28日 与X-衍射晶体分析技术相比较，NMR技术在蛋白质结构测定的速度上、和研究的对象上都存在一定的限制，成本太高，步骤繁多。但其无需制备晶体标本，可在溶液中直接测定，也可进行固相测定，因此利用NMR法使得某些无法获得晶体结构的蛋白质或非液相蛋白质（如膜蛋白）的结构测定成为可能。相对而言，NMR技术更适合小分子质量以及水溶性较好培养晶体困难的蛋白质结构的分析，对于蛋白质折叠、局部动力学或构象分析、蛋白-蛋白相互作用，NMR更体现其优越性。 X-衍射晶体分析技术和NMR技术的比较 第三十四页，共九十二页，2022年，8月28日 （三）冷冻电子显微镜技术 采用高压快速液氮冷冻方法使样品包埋在玻璃态的水环境中，使我们能够观察到生物大分子在天然状态下的结构；同时冷冻的速度极快，把细胞在其生理活动的某些特定时刻固定下来，显示此时的结构特点，进而可通过不同功能状态的瞬时构象变化来研究生物分子的功能。冷冻电镜获得的是处于天然状态下未经染色的分子的二维投影像。将样品进行不同角度的倾斜所获得的数据进行综合分析，并依据样品的不同特性使用不同的重构技术获得分子的结构，在此基础上观察多种成分的图像变化，追踪生物大分子的装配及其动力学过程。 第三十五页，共九十二页，2022年，8月28日 由冷冻电镜技术所获得的蛋白质三维结构与X射线晶体技术非常相似，而且其信噪比非常低，并适合于内在膜蛋白的分析。其独特优势为：可以用不同的方法对均一的（如膜蛋白的二维晶体，二十面体对称的病毒等对称结构）和不均一的（如核糖体等）样品进行三维结构重构，同时，冷冻电子显微镜是唯一的能研究小到蛋白质、蛋白质复合物，大到细胞器甚至整个细胞的方法 。 冷冻电子显微镜技术与X衍射晶体结构分析方法比较 第三十六页，共九十二页，2022年，8月28日 五、蛋白质结构的可视化 可视化分析蛋白质的高级结构，有利于从原子间相互作用的层次理解生命活动过程的信息控制机制，更加有效地揭示分子在完成其功能过程中的演化情况，了解蛋白质分子结构和各种微观性质与宏观性质之间的定量关系。只要安装蛋白质分子图形学软件，并获得所需蛋白质结构数据，配以商业软件或免费的小分子图形设计系统，就可开展结构生物信息学的探