2017 研究生 生物信息学 蛋白部分(上机)_2
生物数据上机实验报告
一、实验名称生物数据上机实验二、实验目的1. 熟悉生物数据处理的常用软件及其基本操作。
2. 学习生物数据的整理、分析和可视化方法。
3. 培养对生物数据的敏感性和分析能力。
三、实验原理生物数据是指生物科学研究中收集到的各种数据，包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学等领域的实验数据。
本实验旨在通过上机操作，学习如何使用生物信息学软件对生物数据进行整理、分析和可视化，从而更好地理解生物学现象和规律。
四、实验器材1. 电脑2. 生物信息学软件（如R、Python、MATLAB等）3. 生物数据集五、实验步骤1. 数据整理- 下载并导入生物数据集。
- 检查数据完整性，包括数据类型、缺失值等。
- 对数据进行清洗，去除异常值和噪声。
2. 数据分析- 使用R或Python等软件进行数据分析。
- 根据实验目的，选择合适的统计方法进行分析，如相关性分析、差异分析等。
- 使用可视化工具（如ggplot2、Seaborn等）展示分析结果。
3. 结果可视化- 将分析结果以图表形式展示，如散点图、柱状图、热图等。
- 对图表进行美化，包括字体、颜色、标题等。
4. 结果讨论- 根据分析结果，对生物学现象进行解释和讨论。
- 提出进一步研究的方向和假设。
六、实验结果1. 数据整理- 导入数据集：成功导入基因组学数据集，数据包含基因表达水平、样本信息等。
- 数据检查：发现数据集中存在缺失值，已进行清洗处理。
2. 数据分析- 相关性分析：分析基因表达水平与样本信息之间的相关性，发现某些基因与样本类型之间存在显著相关性。
- 差异分析：分析不同样本类型之间的基因表达差异，发现某些基因在特定样本类型中表达水平显著升高或降低。
3. 结果可视化- 散点图：展示基因表达水平与样本信息之间的相关性。
- 柱状图：展示不同样本类型中基因表达水平的差异。
- 热图：展示基因表达水平的聚类情况。
4. 结果讨论- 根据分析结果，推测特定基因可能与特定样本类型相关，进一步研究该基因在生物学过程中的作用。
生物信息学实验报告3（三）蛋白质序列分析
⽣物信息学实验报告3（三）蛋⽩质序列分析（三）蛋⽩质序列分析实验⽬的：掌握蛋⽩质序列检索的操作⽅法，熟悉蛋⽩质基本性质分析，了解蛋⽩质结构分析和预测。
实验内容：1、检索SOX-21蛋⽩质序列，利⽤ProParam⼯具进⾏蛋⽩质的氨基酸组成、分⼦质量、等电点、氨基酸组成、原⼦总数及疏⽔性（ProtScale⼯具）等理化性质的分析。
2、利⽤PredictProtein、PROF、HNN等软件预测分析蛋⽩质的⼆级结构；利⽤Scan Prosite软件对蛋⽩质进⾏结构域分析。
3、利⽤TMHMM、TMPRED、SOSUI等⼯具对蛋⽩质进⾏跨膜分析；采⽤PredictNLS进⾏核定位信号分析；利⽤PSORT进⾏蛋⽩质的亚细胞定位预测；利⽤CBS（http://www.cbs.dtu.dk/services/ProtFun/）⽹站⼯具预测蛋⽩的功能，将序列⽤Blocks、SMART、InterProScan、PFSCAN等搜索其保守序列的特征，进⾏motif 的结构分析。
4、利⽤Swiss-Model数据库软件预测该蛋⽩的三级结构，结果⽤蛋⽩质三维图象软件Jmol查看。
CPHmodels 也是利⽤神经⽹络进⾏同源模建预测蛋⽩质结构的⽅法和⽹络服务器I-TASSER预测所选蛋⽩质的空间结构。
5、分析蛋⽩质的翻译后修饰：分析信号肽及其剪切位点: SignalIP http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/；分析糖链连接点:分析O－连接糖蛋⽩,NetOGlyc，http://www.cbs.dtu.dk/services/NetOGlyc/；分析N－连接糖蛋⽩，NetNGlyc，http://www.cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/。
6、利⽤检索的序列，进⾏同源⽐对，获得并分析⽐对结果。
实验步骤（⼀）1、在NCBI 蛋⽩质数据库中查找SOX-21蛋⽩质序列分别选择⽖蟾（Xenopus laevis）、⼩家⿏[Mus musculus]、猕猴[Macaca mulatt a]的SOX-21蛋⽩质序列，并保存其FASTA格式。
生物信息学揭示蛋白质网络互作关系方法总结
生物信息学揭示蛋白质网络互作关系方法总结引言：生物信息学作为一门交叉学科，将计算机科学和统计学等方法应用于生物学研究中。
蛋白质是生物体中非常重要的分子，它们在细胞内发挥着许多关键的功能。
蛋白质之间的相互作用关系对于理解细胞活动的调控机制，以及疾病的发生和发展具有重要意义。
生物信息学为研究蛋白质网络互作关系提供了一系列的方法和工具，本文将对其中一些常用的方法进行总结。
一、蛋白质互作网络构建蛋白质互作网络是研究蛋白质相互作用关系的重要工具。
构建蛋白质互作网络的方法主要包括实验方法和计算方法。
实验方法包括酵母双杂交（yeast two-hybrid）和蛋白质亲和纯化等。
酵母双杂交是最常用的实验方法，它能够鉴定蛋白质之间的直接相互作用关系。
蛋白质亲和纯化则通过分离互作蛋白质复合物，从而揭示其互作关系。
计算方法主要基于蛋白质的序列和结构信息进行预测和推断，常用的方法包括序列相似性、结构相似性和基于功能注释的预测。
二、蛋白质互作网络分析蛋白质互作网络分析是研究蛋白质网络拓扑结构和功能模块的重要手段。
网络拓扑结构包括节点度数分布、网络密度、聚类系数等指标，通过分析这些指标可以了解蛋白质网络的内在特性和功能模块的组织结构。
功能模块指的是在蛋白质网络中相互连接的一组蛋白质，这些蛋白质在生物学功能上具有一定的相似性。
常用的蛋白质网络分析方法包括模块识别、关键节点识别和基因本体富集分析等。
1.模块识别模块识别是研究蛋白质网络中相互关联的蛋白质子网络的方法。
常用的模块识别算法包括MCL算法、GN算法和Louvain算法等。
这些算法能够将蛋白质网络分解成若干个相互关联的子网络，并且可以根据模块的特点进行功能注释和富集分析。
模块识别的结果可以帮助我们理解蛋白质网络中功能模块的组织结构，揭示蛋白质之间的相互作用关系。
2.关键节点识别关键节点在蛋白质网络中具有重要的功能和调控作用。
关键节点识别的方法主要基于网络拓扑结构和节点的重要性指标。
蛋白质生物信息学(共45张PPT)
利用生物信息学软件DNAman将VH-L-L的核苷酸序列翻译
为氨基酸序列
利用NCBI提供的ORF Finder预测VH-L-L的 ORF，从预测结果看出VH-L-L是一段连续 的较长的ORF，它可能是一个完整的编码 序列
利用ProtParam对VH-L-L的氨基酸序列及基本 理化性质进行了分析。
析，更加深入地理解DNA序列，结构，演化及其 与生物功能之间的关系。
研究课题涉及到分子生物学，分子演化及结构生 物学，统计学及计算机科学等许多领域。
研究过程
以数据（库）为核心 1 数据库的建立 2 生物学数据的检索 3 生物学数据的处理 4 生物学数据的利用：计算生物学
研究展望
由于生物信息学是基于分子生物学与多种学科交叉而成的 新学科，现有的形势仍表现为各种学科的简单堆砌，相互之 间的联系并不是特别的紧密。在处理大规模数据方面，没 有行之有效的一般性方法；而对于大规模数据内在的生成 机制也没有完全明了，这使得生物信息学的研究短期内很 难有突破性的结果。
第一节生物信息学与蛋白质工程 一、生物信息学概述
生物信息学是利用应用数学、信息学、统计 学和计算机科学的方法研究生物学的问题。
1987年，林华安首创Bioinformation 一词，被誉为”世界生物信息之父”。
概述
生物信息学分子生物学与信息技术（尤其是互联网 技术）的结合体。
研究材料和结果就是各种各样的生物学数据 研究工具是计算机
由于DNA自动测序技术的快速发展，
DNA数据库中的核酸序列公共数据量 以每天106bp速度增长，生物信息迅速 地膨胀成数据的海洋。毫无疑问，我们 正从一个积累数据向解释数据的时代转 变，数据量的巨大积累往往蕴含着潜 在突破性发现的可能。 “生物信息学” 正是从这一前提产生的交叉学科。
研究生 生物信息学 蛋白部分(上机)_1[30页]
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蛋白质表达
蛋白质参与的相互作用
STRING数据库中 SOD1蛋白与其他蛋白相互作用信息
蛋白质结构
点击进入PDB数据库中该蛋白的链接
蛋白家族和结构域
Prosite数据库中的保守结构域
Prosite数据库中的人SOD1蛋白的保守结构域
蛋白质序列
FASTA格式序列
蛋白涉及5条通路 点击进入详细条目
SOD1参与的过氧化物酶途径
蛋白质在其他数据库中的链接
SOD1 相关的文献
课堂练习作业： 查询人类P53蛋白，说明其主要功能、主
要的结构域、主要的翻译后修饰、参与的代 谢途径、相互作用的蛋白、主要涉及的疾病
GO分析 分子功能、生物过程
Gene Ontology（GO分类）
Gene Ontology包含了基因参与的生物过程，所处的细 胞位置，发挥的分子功能三方面功能信息，并将概念 粗细不同的功能概念组织成DAG（有向无环图）的结 构。
Gene Ontology是一个使用有控制的词汇表和严格定义 的概念关系，以有向无环图的形式统一表示各物种的 基因功能分类体系，从而较全面地概括了基因的功能 信息。
UniProKB数据库
实例： 获取SOD1人超氧化物歧 化酶的功能及结构信息。
输入
以人类SOD1为例，介绍Uniprot数据库中贮存形式
选择目标数据库
输入目标蛋白
点击查找
最常见物种
选择物种为人的SOD1蛋白
快速导航栏 方便查找
蛋白主要的功能
特征序列注释
KEGG通路分析
KEGG日本京都基因和基因组百科全书
全球影响力最大的代谢数据库之一，它的生物学 途 径 （ pathway ） 数 据 库 有 细 分 成 代 谢 （ metabolism ） 、 遗 传 信 息 处 理 （ genetic information processing ） 、 环 境 信 息 处 理 （environmental information processing）细胞代谢 （cellular process）和人类疾病（human disease）5 个方面
《生物信息学》练习题剖析
《⽣物信息学》练习题剖析1、在Genbank中查找以下6个植物蛋⽩序列：protein1:NP_974673.2; protein2: NP_187969.1; protein3: NP_190855.1; protein4: NP_565618.1; protein5: NP_200511.1; protein6: NP_191407.1 (以FASTA格式)。
（1）⽤EBI上的ClustalW2⼯具对其进⾏多序列⽐对，分析各蛋⽩序列之间的同源性。
序列⽐对结果⽐对结果表明：protein1:NP_974673.2和protein4: NP_565618.1的亲缘关系最近。
（2）利⽤Phylip软件，选择距离法构建其进化树（要求写出具体的建树步骤）。
1．将蛋⽩序列保存为FASTA格式，存于txt⽂档；2.⽤Clustalx打开txt⽂本，保存为*.phy⽂件；3.⽤seqboot程序打开phy⽂件，输出结果⽂件*_seqboot4.⽤protdist程序打开*_seqboot⽂件，输出为*_protdist⽂件5. ⽤neighbor程序打开*_protdist⽂件,输出为*_neighbor⽂件6. ⽤consense程序打开*_neighbor⽂件,输出为*_consense⽂件7.⽤dratree程序打开*_consense⽂件得到进化树。
（注：由于seqboot软见⽆法正常运⾏，因此进化树⽆法显⽰）（3）任意选取其中的⼀个蛋⽩进⾏蛋⽩质⼀级序列分析、⼆级结构预测及三维结构的模拟。
选择protein3: NP_190855.1⼀级结构⽹址：/doc/37d58381b04e852458fb770bf78a6529647d350c.html /tools/protparam.html Number of amino acids: 456 氨基酸数⽬Molecular weight: 51154.5 相对分⼦质量Theoretical pI: 8.69 理论 pI 值Amino acid composition 氨基酸组成Ala (A) 30 6.6%Arg (R) 28 6.1%Asn (N) 15 3.3%Asp (D) 27 5.9%Cys (C) 5 1.1%Gln (Q) 18 3.9%Glu (E) 28 6.1%Gly (G) 37 8.1%His (H) 16 3.5%Ile (I) 16 3.5%Leu (L) 42 9.2%Lys (K) 32 7.0%Met (M) 5 1.1%Phe (F) 17 3.7%Pro (P) 16 3.5%Ser (S) 46 10.1%Thr (T) 21 4.6%Trp (W) 8 1.8%Tyr (Y) 19 4.2%Val (V) 30 6.6%Pyl (O) 0 0.0%Sec (U) 0 0.0%(B) 0 0.0%(Z) 0 0.0%(X) 0 0.0%正/负电荷残基数Total number of negatively charged residues (Asp + Glu): 55Total number of positively charged residues (Arg + Lys): 60Atomic composition: 原⼦组成Carbon C 2270Hydrogen H 3531Nitrogen N 645Oxygen O 686Sulfur S 10Formula: C2270H3531N645O686S10 分⼦式Total number of atoms: 7142 总原⼦数Extinction coefficients: 消光系数Extinction coefficients are in units of M-1 cm-1, at 280 nm measured in water.Ext. coefficient 72560Abs 0.1% (=1 g/l) 1.418, assuming all pairs of Cys residues form cystines Ext. coefficient 72310Abs 0.1% (=1 g/l) 1.414, assuming all Cys residues are reducedEstimated half-life: 半衰期The N-terminal of the sequence considered is M (Met).The estimated half-life is: 30 hours (mammalian reticulocytes, in vitro).>20 hours (yeast, in vivo).>10 hours (Escherichia coli, in vivo).Instability index: 不稳定系数The instability index (II) is computed to be 48.99This classifies the protein as unstable.Aliphatic index: 75.26 脂肪系数Grand average of hydropathicity (GRAVY): -0.554 总平均亲⽔性/doc/37d58381b04e852458fb770bf78a6529647d350c.html /tools/protscale.html蛋⽩质亲疏⽔性分析所⽤氨基酸标度信息Ala: 1.800 Arg: -4.500 Asn: -3.500 Asp: -3.500 Cys: 2.500 Gln: -3.500 Glu: -3.500 Gly: -0.400 His: -3.200 Ile: 4.500 Leu: 3.800 Lys: -3.900 Met: 1.900 Phe: 2.800 Pro: -1.600 Ser: -0.800 Thr: -0.700 Trp: -0.900 Tyr: -1.300 Val: 4.200 : -3.500 : -3.500 : -0.490分析所⽤参数信息Weights for window positions 1,..,9, using linear weight variation model:1 2 3 4 5 6 7 8 91.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00edge center edge跨膜结构预测结果（没有跨膜结构）信号肽分析：⼆级结构预测三级结构预测⽹站/doc/37d58381b04e852458fb770bf78a6529647d350c.html /~phyre2、在拟南芥基因组数据库中（/doc/37d58381b04e852458fb770bf78a6529647d350c.html /）查找编号分别为At4G33050, At3G13600，At3G52870或At2G26190基因，针对所查找的基因进⾏初步的⽣物信息学分析（每⼈任选其中⼀个基因）。
生物信息学-蛋白质性质和结构分析
（二） 分析蛋白质的二级结构 二级结构：主要是氢键维持的结构 －螺旋（-helix） －折叠（-sheet）
转角（turn） 环（loop）
无规则卷（random coil）
Chou-Fasman method
蛋白质的 pI、Mw、氨基酸组成等
2. 分析蛋白质的疏水性 打开/tools/ 在“Primary structure analysis”栏目选择 “ProtScale”分析软件 在ProtScale主页 （/protscale/） 粘贴序列、选择分析方法
（三） 分析蛋白质的三级结构 1. 根据已知蛋白质结构推测未知蛋白质结构
BLAST 检索 在蛋白质结构数据库（PDB） 中检索同源蛋白质的结构
2. 通过分子建模（molecular modeling）分析蛋白质结构
分析复杂 适用于专业人员
Phyre2 /phyre2/html/page.cgi?id=index
蛋白质性质和结构分析
ExPASy (Expert Protein Analysis System)
Nucleic Acids Research 2003, 31:3784-8
Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) 的分析工具
蛋白质的亲水和疏水性分析结果，有文字 和图形两种显示方式
3. 分析蛋白质的保守结构域
在文本框“Scan a sequence against PROSITE patterns and profiles”粘贴序列
使用缺省参数（ exclude patterns with a high probability of occurrence）
生物信息学上机指南3
《生物信息学》上机指南（三）实验三、分子系统发育分析 2学时教学要求：1、了解系统发育分析原理、步骤、方法。
2、掌握phylip、Mega等软件的下载与使用。
3、学习进化树结果分析。
重点掌握phylip、Mega的使用。
实验步骤：1.基于细胞色素c氨基酸序列的真核生物系统发育分析细胞色素c（cytochrome c）是一种含血红素的电子转运蛋白，它存在于所有真核生物的线粒体中，参加呼吸作用。
细胞色素c的氨基酸顺序分析资料已经用来核对各个物种之间的分类学关系，以及绘制进化树。
本实验利用Mega软件，采用邻位相接法，构建43种真核生物细胞色素c系统进化树。
类群中文名称拉丁学名蛋白质登录号哺乳类人Homo sapiens P99999黑猩猩Pan troglodytes P99998恒河猴Macaca mulatta P00002大袋鼠Macropus giganteus P00014家兔Oryctolagus cuniculus P00008小家鼠Mus musculus CAA25899 马Equus caballus P00004绵羊Ovis aries P62896牛Bos taurus P62894野猪Sus scrofa P62895狗Canis familiaris P00011南象海豹Mirounga leonina P00012长翼蝠Miniopterus schreibersii P00013河马Hippopotamus amphibius P00007鸟类鸸鹋Dromaius novaehollandiae P00018 鸵鸟Struthio camelus P00019 原鸡Gallus gallus P67881 火鸡Meleagris gallopavo P67882企鹅Aptenodytes patagonicus P00017 家鸽Columba livia P00021绿头鸭Anas platyrhynchosP00020爬行类拟鳄龟Chelydra serpentina P00022 两栖类牛蛙Rana catesbeiana P00024硬骨鱼类长鳍金枪鱼Thunnus alalunga P81459 太平洋鲣鱼Katsuwonus pelamis P00025 斑马鱼Danio rerio Q6IQM2软骨鱼类角鲨Squalus sucklii P00027 圆口类七鳃鳗Entosphenus tridentatus P00028 棘皮动物红海星Asterias rubens P00029 环节动物赤子爱胜蚓Eisenia fetida P00030昆虫沙漠蝗Schistocerca gregaria P00040 烟草天蛾Manduca sexta P00039 眉纹天蚕蛾Samia cynthia P00037 铜绿蝇Lucilia cuppina P00036植物小麦Triticum aestivum P00068水稻Oryza sativa BAA02159 向日葵Helianthus annuus P00070菠菜Spinacia oleracea P00073银杏Ginkgo biloba P00074芝麻Sesamum indicum P00054真菌毕赤酵母Pichia anomala P00042 白色念珠菌Candida albicans P53698 粗糙脉胞菌Neurospora crassa P000481.1.序列获取（1） 用记事本将蛋白质登录号粘进去，每个登录号占一行，存为Sequence_ID.txt。
生物信息上机作业
生物信息学上机作业上机一生物信息数据库信息检索上机内容：1、了解NCBI、DDBJ、EMBL上网的方法自学各网站相关介绍。
2、了解北大生物信息学中心等几大中文生物信息学网站。
3、了解一些生物论坛中有关生物信息学的部分。
如：Biooo和Bioon。
4、利用NCBI的Entrenz查询系统和EBI的SRS检索文献和核酸或蛋白质序列。
（phyA）并对照所学复习各字段的含义。
5、将所得记录的ID或Accession记录下来备用。
作业：1、记录相关网站及论坛网址（或如何查询到该网址的方法）。
（1）NCBI ：/（2）DDBJ ：http://www.ddbj.nig.ac.jp/（3）EMBL ：/（4）北大生物信息学中心 /chinese/（5）中科院计算所智能信息处理重点上机室生物信息学:/index.php（6）北大生物信息中心:/chinese/documents/bioinfor/overview/web1/1.html （7）生物谷生物信息学：/bioinfo.htm（8）中国生物论坛：/（9）中国生物谷论坛：/（10）生物谷：/2、找到编码拟南芥（arabidopsis）phyA（光敏色素A）基因的核酸序列编号。
并记录查找过程。
上机二核酸及蛋白质序列的比对一、上机内容利用检索出的蛋白质和核酸序列进行序列比对并进行分子进化树分析。
二、作业1、绘制分子进化树，并标明各个物种phyA蛋白之间的序列相似性。
2、根据你所学生物分类的知识，试解释该分子进化树的合理性。
3、找出一条可能的保守序列（多条蛋白共同的氨基酸序列）。
上机三核酸序列分析（一）一、上机内容1、使用DNAstar进行核酸基本信息分析2、ORF分析二、作业1、记录拟南芥phyA NM_100828序列的序列组成2、记录拟南芥phyA NM_100828序列最长的ORF的起止区间。
上机四核酸序列分析（二）一、上机内容1、PCR引物设计2、核酸序列的电子基因定位二、作业1、记录拟南芥phyA NM_100828序列最长的ORF的起止区间。
【精品】生物信息学上机实验更新PPT资料
1. 生物序列的信息检索
2. 多序列比对及进化树的构建
3. （选做） Phylip使用
1，序列的数据库信息检索示例： 待查询序列： CCCC TG CC TG G C A G CCC T T TC TC A A G G A CC A CCG C ATC TC TA C AT TC A A G A A C TG G CCC T TC T TG G A G G G C TG CG CC TG C A CCCCG G A G CG G ATG G CCG A G G C TG G C T TC ATCC A C TG CCCC A C TG A G A A CG A G CC A G A C T TG G CCC A GTGT T TC T TC TG C T TC A A G G A G C TG G A A G G C TG G G A G CC A G ATG A CG A CCCC ATA G A G G A A C ATA A A A A G C AT TCGTCCG GT TG CG C T T TCC T T TC TGTC A A G A A G C A GT T TG A A G A AT TA A CCC T TG GTG A AT T T T TG A A A C TG G A C A G A G A A A G A G CC A A G A A C A A A AT TG C A A A G G A A A CC A A C A ATA A G A A G A A A G A AT T TG A G G A A A C TG CG G A G A A A GTG CG CCGTG C C ATCG A G C A G C TG G C TG CC ATG G AT TG A G G CC TC TG G C
生物信息学论文 (2)
生物信息学论文引言生物信息学是一门集合了生物学、计算机科学和统计学等多个学科的综合性科学领域。
它通过对生物学数据的分析和解释，推动了生物学研究的进展，使我们能够更好地理解生物系统的功能和复杂性。
在本论文中，我们将介绍生物信息学的概念、应用以及未来的发展方向。
生物信息学的概念与发展生物信息学是一门通过计算机科学和统计学的方法来研究生物学问题的学科。
生物信息学能够处理生物学中产生的大量数据，并从中提取和分析有用的信息。
它涉及到DNA、RNA和蛋白质序列的分析、比对和预测，以及基因组、转录组和蛋白质组的分析和解释。
生物信息学的发展始于1970年代，当时蛋白质和核酸的序列数据开始被大规模地产生。
随着技术的不断进步，生物学数据的规模和复杂性逐渐增加，生物信息学也变得越来越重要。
现代生物信息学不仅可以处理DNA和蛋白质的序列数据，还可以分析基因表达和蛋白质互作网络等更复杂的生物学数据。
生物信息学的应用生物信息学在生物学研究中有着广泛的应用。
下面我们将介绍一些常见的生物信息学应用领域：基因组学基因组学是研究整个基因组的结构、功能和演化的学科。
生物信息学在基因组学中发挥着重要作用，它可以用于基因鉴定、基因预测、基因家族的分析等。
转录组学转录组学是研究基因转录产物（mRNA或RNA）的全集及其表达模式的学科。
生物信息学在转录组学研究中可以用于基因表达的定量和差异分析、信号通路的预测和建模等。
蛋白质组学蛋白质组学是研究整个蛋白质组的结构、功能和相互作用的学科。
生物信息学在蛋白质组学中可以用于蛋白质结构的预测、功能注释、蛋白质相互作用网络的构建等。
进化生物学进化生物学是研究物种起源和演化过程的学科。
生物信息学在进化生物学中可以用于物种间基因组的比较、系统发育树的重建和进化模拟等。
药物设计与分析生物信息学在药物设计与分析中扮演着重要角色。
它可以用于药物靶点的预测、药物分子库的筛选和药物相互作用的模拟等。
生物信息学的未来发展方向生物信息学在过去几十年取得了巨大的进展，但仍然面临一些挑战和机遇。
生物信息学上机
实习一1、根据课件（或教材）提供的地址，访问NCBI、EBI主页，了解其结构、内容。
@整理记录以下信息：1）、NCBI和EBI的英文及中文全名；2）、在NCBI和EBI所管理的生物学数据库或所提供的服务（工具）里，各选出10个（NCBI 10，EBI 10），列表整理出这些数据库或服务的简称、全称、中文名。
2、分别进入三大核酸序列数据库，Genbank、ENA（EMBL bank）、DDBJ，了解其结构，@记录以下内容：1）、访问地址2）、数据库全称3）、最新发布的版本（日期）、目前可获得的核酸记录条数等信息。
3、分别进入三个核酸数据库的序列提交界面（如Genbank的bankit），@记录其地址。
了解序列提交方法。
4、学习使用Pubmed：选择一关键词，查询文献。
5、访问某一核酸序列数据库（如 Genbank），进入其查询系统，在下表中选择序号和你的座位号相同的基因名（每组一个）作为检索词，检索核苷酸数据库。
浏览查询结果；选择、@保存来自物种为小鼠的mRNA or cDNA or complete CDS （即编码一条蛋白质的完整序列）的记录。
请分别保存两种格式：GBFF 和FASTA。
1) 1700019D03Rik;2) 5730528L13Rik;3) Cnot10;4) Gid8;5) Lrrc2;7) 4933403G14Rik;8) 8430410A17Rik;9) Bend3;10) Prrc2a;11) Rmnd5b;12) Tmem131;13) Tmem170;14) Tmem2;15) Tmem8;16) Vrtn;17) 1110001J03RIK;18) 1110059E24Rik;19) 2410137M14RIK;20) 2610042L04Rik;21) 2900010M23RIK;22) 2900011O08RIK;22) 9130011E15Rik;23) Ankrd10;24) BC055324;25) Cdc37l1;26) Commd3;27) Fam102a;28) Fam43a;29) Fam98a;30) Gm3696;32) Hist1h2an;33) Ier2;34) Ifitm7;35) Igsf21;36) Igsf3;Lrrc34; Ng23; Nucks1; Nudcd3; Rbmxl2; Reep3; Sdf2; Ssr2; Tmem60; Zfp 280b; Zfp296; Znrd1as;实习二1、打开上次保存的Genbank文件。
《生物信息学》上机作业
《生物信息学》上机作业题目：对人血红蛋白（HBA1）编码基因序列的生物信息分析目录引言 .............................................................................................................................................. - 1 -1 正文......................................................................................................................................... - 2 -1.1 NCBI上对相关核苷酸序列的查找............................................................................ - 2 -1.2 BLAST运行及其结果.................................................................................................. - 2 -1.3 BLASTX运行及其结果................................................................................................ - 6 -2 其他软件的运行及其结果..................................................................................................... - 8 -2.1 Clustal W运行及其结果 ............................................................................................. - 9 -2.2 MEGA4.0运行及其结果............................................................................................. - 10 -结论 ............................................................................................................................................ - 10 -引言血红蛋白又称血色素，是红细胞的主要组成部分，能与氧结合，运输氧和二氧化碳。
d2-2 生物信息学蛋白质工程
2、蛋白质结构预测
包括二级和三维结构预测
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3、蛋白质功能预测
由于蛋白质不同区段进化速率不同，通过与相似序 列的数据库和序列模体数据库的比对，确定某蛋白 质序列中的保守区域，从而进一步预测功能。 也可以直接从蛋白质序列预测其疏水性、跨膜螺旋 等。
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（2）分类的层次结构 家族：
具有明显进化关系的蛋白质聚集到一个家族中， 意味着两个蛋白质之间的等同氨基酸残基数超过 30%。然而，在某些情况下，虽然两个蛋白质序 列不相似，但它们具有相似的结构和相似的功能， 表明属于同一个家族。
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ExPAsy专门聘请了由200多位国际知名生物学家组成 的网上专家评审团，并将SwissProt数据库中的蛋白质 分成200多个类别,每个类别由1位或2位评审专家负责， 通过计算机网络进行审核。
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2、PDB数据库
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1、 SWISS-PROT
SWISS-PROT数据库由瑞士日内瓦大学于1986年创 建，现由欧洲生物信息学研究所（EBI）进行维护和 管理，是目前国际上权威的蛋白质序列数据库之一。 SwissProt数据库的每个条目都有详细的注释，包括 结构域、功能位点、跨膜区域、二硫键位置、翻译 后修饰、突变体等。该数据库中还包括了与核酸序 列数据库EMBL/GenBank/DDBJ、蛋白质结构数据 库PDB以及Prosite、PRINTTS等十多个二次数据库 的交叉引用代码。
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（一）核酸序列数据库 1、GenBank 2、EMBL 3、DDBJ （二）基因组数据库 1、GDB数剧库
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（一）核酸序列数据库 1、GenBank
第二章 蛋白质的结构生物信息学基础
第二章蛋白质的结构生物信息学基础学习蛋白质结构生物信息学的建议•上机实习尤其重要!•可以方便地使用计算机(班级干部能否请丁小琼老师安排上机实习时间?)•要在linux操作系统下运行软件(Docking and MDs) (武汉大学计算中心是否有条件?)单个蛋白质空间结构蛋白质-蛋白质复合物结构蛋白质的动态构象第二章蛋白质的结构生物信息学基础一、蛋白质的初级结构二、蛋白质的二级结构三、蛋白质的三级结构蛋白质的初级结构---氨基酸结构共性α碳原子蛋白质的初级结构---氨基酸R’20种氨基酸氨基酸的构象与性质原子标记Hydrophobic-aliphatic amino acidsHydrophobic-aromatic amino acidsgp120F43F43CD4Neutral-polar amino acidsAcidic amino acidsBasic amino acidsConformationally important amino acids构建了80余个突变体,蛋白质残基数太多,不宜做CD,为什么?2. Chargesalt bridge (or 'ion pair')3. Polarity主链、侧链、溶剂分子两两之间形成氢键Ser, Thr, Asn, GlnTyr, Trp,Asp, Glu, Lys, Arg, His4. Hydrophobicity在蛋白质折叠和结构稳定中起重要作用！Gly, Ala, Val, Leu, ILe,Met, Cys, Pro,Tyr, Trp,多肽的形成Peptide bond-CONH-Implications of PrimaryStructure•Primary Structure Determines All Higher Levels of Structure •Homology•The Three-dimensional Structure of Proteins is More Highly Conserved than the Primary Structure第二章蛋白质的结构生物信息学基础一、蛋白质的初级结构二、蛋白质的二级结构三、蛋白质的三级结构Types of SecondaryStructure •Alphahelices•Beta sheets•Turn•Other蛋白质的高级结构结构生物学的意义•结构生物学在“后基因组时代”生物学中的地位：在蛋白质一级结构－－－序列信息基本已知后，三维原子结构已成为下一步也是最后一步为全面深入理解生命奥秘所必需的结构信息。
蛋白质生物信息学
后基因组时代/功能基因组和蛋白质组 时代
蛋白质的生物信息学作为其中的一个部分， 成为生物信息学的重点发展方向。
蛋白质生物信息学研究的主要内容
1. 基因功能表达谱的研究，即探讨基因在特定时空中的表达。 2. 确定核酸序列中编码蛋白质的基因，了解蛋白质的功能及其分子基础，
运用蛋白质结构模拟与分子设计进行功能预测。 3. 对已知的各种代谢途径和相关的生物分子的结构、功能及它们之间的
• Pfam
• PROSITE
• 4. 蛋白质三维结构数据库 • PDB • MMDB
序列对比和数据库搜索
序列对比的概念
在生物信息学研究中，最常用和最经典的 一个研究手段，就是通过比较分析获得有 用的信息和知识。将研究对象进行相互比 较来寻找研究对象可能具备的某些特性。 从核酸及蛋白质的一级结构方面来分析序 列的相同点和不同点，从而能够推测它们 的结构、功能及进化上的联系。
相互作用进行整理，用以研究细胞发育、分化途径和疾病的发生与发 展的途径。 4. 将这些信息与生命体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子 机制，最终进行蛋白质及核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗 保健设计。 5. 其他。例如，序列对比、结构对比、计算机辅助基因识别、非编码区 分析和DNA语言研究、分子进化和比较基因组学、序列重叠群装配、 生物信息处理并行算法的研究、代谢网络分析、基因芯片设计、蛋白 质组学数据分析等。
1. 美国国家生物技术信息中心
• National Center for Biotechnology Information，NCBI
• :///
• GenBank等公共数据库
• 工具：
•
PubMed
•
BLAST
第十章-蛋白质组研究中的生物信息学PPT课件
（5）非编码区分析和DNA语言研究
在人类基因组中，编码部分进展总序列的 3-5%，其它通常称为“垃圾”DNA，其 实一点也不是垃圾，只是我们暂时还不知 道其重要的功能。分析非编码区DNA序列 需要大胆的想象和崭新的研究思路和方法。 DNA序列作为一种遗传语言，不仅体现在 编码序列之中，而且隐含在非编码序列之 中。
• 基因组的进化。物种间基因组在自然选择下变化的 比较研究。
2、生物信息学的研究内容
生物信息学是把基因组DNA序列信息分 析作为源头，破译隐藏在DNA序列中的遗 传语言，特别是非编码区的实质；同时在发 现了新基因信息之后进行蛋白质空间结构模 拟和预测。
生物信息学的研究目标是揭示 “基因组信息结构的复杂性及遗传 语言的根本规律”。它是自然科学 和技术科学领域中“基因组”、 “信息结构”和“复杂性”这三个 重大科学问题的有机结合。
（3）蛋白质结构对比与预测
包括2级和3级结构预测，是最重要的课题之 一。
从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。 前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测 和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和 分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和 总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未 知蛋白质的结构。同源模建和指认（Threading） 方法属于这一范畴。虽然经过30余年的努力， 蛋白结构预测研究现状远远不能满足实际需要。
美国的核酸数据库GenBank〖Banson,D.A. et al. (1998) Nucleic Acids Res. 26, 1-7〗从 1979年开始建设，1982年正式运行；欧洲分 子生物学实验室的EMBL数据库也于1982年 开始服务；日本于1984年开始建立国家级的 核酸数据库DDBJ，并于1987年正式服务。 从那个时候以来，DNA序列的数据已经从80 年代初期的百把条序列，几十万碱基上升至 现在的110亿碱基！这就是说，在短短的约 18年间，数据量增长了近十万倍。
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分析蛋白质的跨膜区
直接输入http://embnet.vital-it.ch/software/TMPRED
采用的氨基酸标度 采用Tmbase作为跨膜蛋白数据库
最短和最长的跨膜螺旋疏水区长度 选择合适的输入格式
1、贴入蛋白质序列 2、选择合适的参数 3、运行计算
氨基酸数量 分子量 理论等电点
氨基酸组成
消光系数
预测半衰期 不稳定系数 脂肪氨基酸系数
GRAVY值
消光系数—反映了蛋白在特定波长下吸收可见光或 不可见光的能力，可用来测蛋白浓度。
不稳定系数—预测对应蛋白质在试验中稳定性。
小于40时，预测蛋白稳定
大于40时，预测蛋白不稳定
脂肪系数—计算球状蛋白脂肪族氨基酸侧链所占相 对体积，反映了蛋白质的热稳定性。
比对的数据库
该序列结构域信息 （PROSITE数据库信息）
图形化比对结果
可能匹配的序列列表
BLAST结果评价
Score：使用打分矩阵对匹配的片段进行打分，这是
对各对氨基酸残基（或碱基）打分求和的结果，一般来 说，匹配片段越长、 Score值越大，则相似性越高 。
E value:在相同长度的情况下，两个氨基酸残基（或
选择“TMHMM”分析软件 （ http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/)
在TMHMM主页粘贴序列进行分析
分析蛋白质的跨膜区
直接输入 http://embnet.vital-it.ch/software/TMPRED
1、输入序列 2、运行软件
结果输出
1、胞外区 2、跨膜区 3、胞内区
选择“protparam”分析软件 （ /protparam/)
在protparam主页粘贴序列进行分析
计算蛋白质的氨基酸组成、等电点、 分子量、疏水性等
也可以直接输入 /protparam/
1、贴入蛋白质序列 2、运行计算
结果输出1
可能的跨膜区
相关性列表
起始 终止 得分 中心
位置 位置
位置
以P02699牛型 推荐备选模型 注意跨膜方向
结果输出3
图形化结果输出
横坐标为氨基酸位置，纵坐标为跨膜性得分
1.4.2. TMHMM：分析蛋白质跨膜区
进入ExPASy 的“Resource A…Z”网页 （/resources)
其跨膜区预 测位置和 TMpred预测 结果基本吻 合
1.5. SignaIP：分析蛋白质信号肽
进入ExPASy 的“Resource A…Z”网页 （/resources)
选择“SignaIP”分析软件 （ http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)
蛋白质序列分析
一、蛋白质一级结构分析
1、蛋白质序列比对 2、蛋白质的基本理化性质 3、疏水性分析 4、跨膜区预测 5、信号肽预测
EXPASY 资源预览
Database
EXPASY
Tools
•UniProtKB/Swiss-Prot •ENZYME •PROSITE •SWISS-2D PAGE •Swiss-Model Repository •etc
每个位置的得分
1.4.1. TMPred：分析蛋白质跨膜区
进入ExPASy 的“Resource A…Z”网页 （/resources)
选择“TMPred”分析软件 （ http://embnet.vital-it.ch/software/TMPRED/)
碱基）随机排列的序列进行打分，得到上述Score值的 概率的大小。E值越接近零，越不可能找到其它的匹配 序列，其背后的含义就是E值越小，则匹配度越好。
匹配序列的两两比对
1.2. ProtParam：蛋白质理化性质分析
进入ExPASy 的“Resource A…Z”网页 （/resources)
Gravy值—预测蛋白质的疏水性。Gravy值的范围在 -2 与2之间，正值表明此蛋白为疏水性蛋白，负值 表明为亲水蛋白。
1.3. ProtScale：分析蛋白质疏水性
进入ExPASy 的“Resource A…Z”网页 （/resources)
选择“ProtScale”分析软件 （ /protscale/)
选择“Blast”序列分析软件 （ /blast/ )
在blast主页粘贴序列进行分析
蛋白质的同源性
直接输入 /blast/
1、输入蛋白质序列
2、选择合适的数据库，限制物种
3、调整参数
4、运行Blast
1、贴入蛋白质序列 4、运行Blast
在ProtScale主页粘贴序列进行分析
分析蛋白质的疏水性
也可以直接输入 /protscale/
1、贴入蛋白质序列 2、选择合适的参数 3、运行计算
ProtScale参数设置 氨基酸标度
计算窗口7-11
是否归一化
相对权重值 相对权变化趋势
ProtScale结果输出
所用氨基酸标度信息 分析所用参数信息
图形化结果输出
>0值表示疏水性 <0值表示亲水性
横坐标为蛋白质氨基酸位置
氨基酸标度
表示氨基酸在某种实验状态下相对其他氨基酸在某些性质 的差异，如疏水性、亲水性等
Hphob. Kyte & Doolittle标度采用较为普遍
文本结果输出
最大最小值 分析所用参数信息
•Proteomics tool •Primary analysis •Sturcture prediction •Modification •Pattern search •Similarity search •etc
1.1. BLAST：分析蛋白质的同源性
进入ExPASy 的“Resource A…Z”网页 （/resources)