第五章 蛋白质分析及预测方法(新)

用ProtScale中Kyte & Doolittle 算法分析人 NPD1蛋白结果示例
ProtScale除能分析蛋白质的亲/疏水性外，还能 计算蛋白质的分子量、极性，预测二级结构等， 共包括了50余种不同的算法。
除ProtScale外，蛋白质序列统计分析 （Statistical Analysis of Protein Sequences， SAPS）是另一个计算蛋白质序列性质的在线工 具（http://www.isrec.isbsib.ch/software/SAPS_form.html），它可给出 查询序列的氨基酸组成、电荷分布（包括正/负 电荷聚集区的位置，强带电或不带电区段，电 荷分布连续性和模式等）、高疏水性和跨膜区 段、重复结构及周期性分析等属性。
具有相同组成的已知蛋白。
（二）、二维凝胶电泳
在严格的标准化状况下，双向凝胶上的某 些蛋白质图谱，可结合SWISS-2DPAGE （http://us.expasy.org/ch2d/）数据库而 得到鉴定。
（三）、质谱分析
应用质谱分析可进行蛋白质鉴定和序列测定，其 基本原理是将样品分子离子化后，根据不同离子 之间的质荷比的差异来分离并确定相对分子质量。
在线可通过ExPASy的Compute pI/Mw （http://us.expasy.org/tools/pi_tool.html） 或ProtParam（http://us.expasy.org/tools/ protparam.html）计算。
Temperature IPTG(mM)
M
22℃ 0.001 0.1 S PS P
ProtParam可计算蛋白质分子量、理论等电点、氨 基酸组成、各原子组成、在280nm附近的吸光系数、 估计半衰期、稳定指数等，但如蛋白质中含翻译后 修饰过的氨基酸残基，则不计算在内。
二、蛋白质辨识
（一）、基于组成的蛋白质辨识
可利用ExPASy的AA CompIdent （http://us.expasy.org/tools/aacomp/）去检索
四、疏水性
在线可用ExPASy的 ProtScale(http://www.expasy.org/cgibin/protscale.pl )程序。疏水性预测的方法 依赖于疏水性的衡量尺度，这里每个氨基 酸根据其一系列的物理特性（例如，溶解 性、跨越水－汽相时产生的自由能等）， 被赋予一个数值以代表其疏水性。
30℃ 0.001 0.01 SP S P
97 66
45
30 20
Effect of temperature on the expression of PG1605 gene
Compute pI/Mw对pI的确定基于早期Bjellqvist等的 实验，该实验根据多肽在含高浓度（9.2~9.8mol/L） 尿素缓冲液中，酸性pH梯度（pH4.5至pH7.5）电泳 中的迁移率来计算其pK值和pI值，然后根据氨基酸 序列和pI关系来预测，因此在计算碱性蛋白质的理 论pI值时可能不准确。
应用蛋白酶将胶上或膜上分离出的蛋白断裂成肽 片段，通过MALDI-MS或ESI-MS得到肽质指纹图 谱，搜索数据库，可对蛋白质进行鉴定。常用的 在 线 肽 质 指 纹 图 谱 分 析 工 具 有 ExPASy 的 PeptIdent （http://us.expasy.org/tools/peptident.html）
第二节 蛋白质二级结构预测
预测方法可以分为三类： 统计/经验算法，其中最为著名的有基于经
验统计规则的Chou-Fasman方法及基于信息 论算法的GOR方法；
物理—化学方法，基于对于蛋白质结构的物 理及化学原理的预测，如Lim方法；
机器学习方法，致力于将前两种方法的优点 结合起来。
一、二级结构预测方法：
β折叠规则 相邻5个残基中若有3个倾向于形 成β折叠，则认为是折叠核，折叠核向两端延 伸直至4个残基的平均折叠倾向性因子PΒιβλιοθήκη Baidu＜1.0。 若延伸后的片断Pβ＞1.05，则预测为β折叠。
转角规则 四肽片断，若位置专一性转角形成 几率f i+1·f i+2·f i+3·f i+4＞ 0.75×10-4 ，Pt ＞ 1.0，并大于Pα和Pβ，则预测为转角。
预测规则简述如下：
α螺旋规则： 沿着蛋白质序列寻找α螺旋核，相 邻6个残基中若有至少4个残基倾向于形成α螺旋， 则认为是螺旋核。然后螺旋核向两端延伸，直至 四肽片断的α螺旋倾向性因子的平均值Pα＜1.0为 止。此外，Pro不容许在螺旋内部出现，但可出 现于C末端以及N端的前三位，这也用于终止螺 旋的延伸。最后，将螺旋两端各去掉3个残基， 剩余部分若长于6个残基，而且Pα＞1．03，则 预测为螺旋。
三、酶切及断裂位点
ExPASy的PeptideCutter （http://us.expasy.org/tools/peptidecutter /）工具可预测蛋白质序列在特定蛋白酶或 化学试剂作用下的断裂位点
PeptideMass （http://us.expasy.org/tools/peptidemass.html）是ExPASy中另一个分析内切产 物的工具，它可计算蛋白质经特定酶水解 得到的肽片段的分子量、理论等电点等。
（一）、Chou-Fasman方法 Chou-Fasman方法曾经是现在仍然是最为普
遍应用的方法。 其基本出发点在于对于蛋白质20种不同的氨
基酸残基在不同的二级结构中出现的几率进 行统计分析得出在不同二级结构中出现的倾 向性。利用这种倾向性，加之周围残基的信 息，在一定规则的指导下就可以进行预测了。
第八章 蛋白质分析及预测方法
一、分子量及等电点
蛋白质的一些基本性质可直接分析其一级序 列而获得，如蛋白质的氨基酸组成、分子质 量、等电点(pI)、亲水性和疏水性、信号肽、 跨膜区等。
蛋白质的分子量和等电点可用一些本地化的 软件如MacVector、OMIGA、DNAMAN、 BioEdit等分析计算
重叠规则 螺旋和折叠的重叠区域，按Ｐα和 Pβ的相对大小进行预测，如若Pα大于Ｐβ，则 预测为螺旋，反之，则预测为折叠。