生物信息学概论第七章蛋白质和RNA结构预测1101.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * 如何寻找一些可行的能量函数，本质上是分子力学的问题。而且，科学家确实已经设计出了许多有效的能量函数。但是从头开始预测蛋白结构的方法由于种种原因还得不到令人满意的结果。 Folding@Home程序利用CPU的空闲时间来对蛋白折叠进行计算。对于一个特定蛋白质的计算，它首先被分成几个不同的部分，然后这些不同的计算部分通过Internet被分配给不同的运行Folding@Home程序的计算机来计算。最后，每个机器将得到的结果返回给服务器，服务器再对这些结果进行合并和处理。 7.5.3 能量函数和优化 7.6结构预测 虽然很多蛋白折叠模型使得我们能够越来越多地了解蛋白质的折叠过程以及蛋白质折叠过程中涉及的各种分子力，但是目前还没有一种从头开始进行蛋白质折叠的算法能够很准确地模拟出一些大蛋白质的空间结构。 蛋白质预测方法： （1）比较建模（同源建模） （2）线索法：反向折叠蛋白 7.6.1 同源建模 同源建模是通过与相近蛋白的结构进行比较来预测目标蛋白的结构的方法。 这种方法依赖于目标序列和已知结构蛋白的序列相似度的强弱，依赖于折叠编码。也就是说，蛋白质氨基酸序列间的变化如果很小的话，那么蛋白质的三级结构的变化也很小。 序列 结构 功能 ….-Gly-Ala-Glu-Phe-…. 功能 蛋白质结构预测问题 ….-Gly-Ala-Glu-Phe-…. 功能 ? ….-Gly-Ala-Glu-Phe-…. 功能 计算机辅助同源建模 同源建模的过程 （1）寻找一系列与目标蛋白相近的蛋白质的结构集。 通常利用像BLAST和FASTA这样的序列数据库有哪些信誉好的足球投注网站工具看来得到与目标蛋白相近的序列集，进而得到这些序列的结构集。由于这些结构在建模中是用作模板结构的，因此这些结构也称为模板结构。 同源建模的过程 （2）将目标序列与模板蛋白的序列进行比对。 用像CLUSTALW这样的多重比对工具产生比对，发现目标序列中与所有模板结构高度保守的区域以及保守性不高的区域。当目标序列和模板序列相似度小于30%时，自动多重比对方法就不能得到高质量的比对。此时，必须对序列不必对进行人工调节。 同源建模的过程 （3）建立模型。 最普遍的方法就是将模板结构叠加起来，然后找到结构上保守的区域。接着，这些模板结构中保守的区域和与之相对应的蛋白骨架比对排列，为要建立的模型形成一个核心。当模板蛋白的结构相似性比较低时，就必须利用目标蛋白二级结构预测的方法、序列相似性方法和人工评估的方法为这一模型选择正确的结构。先建立模型的核心，再为Loop区建模。 同源建模的过程 （4）Loop区建模： 使用最多的两种方法是： a.从已知的Loop区构象库中选择一个最优的环区构象； b.实行构想有哪些信誉好的足球投注网站和评估。 尽管有很多方法可以用来对环区建模，但要得到一个长于6个残基的环区的准确构象仍然是相当困难的。 同源建模的过程 （5）侧链建模： 一旦建立了骨架的模型，仍然必须决定侧链原子的位置。同样地，可以采用许多不同的方法，包括对旋转异构体库进行有哪些信誉好的足球投注网站的方法、有限分子动力学的方法以及其他的一些方法。 同源建模的过程 （6）对模型的评估： 许多软件包可以实现对预测出的蛋白结构的质量进行评估，这些软件包括PROCHECK、WHATCHECK、Verify-3D等。评估的算法通常是寻找结构中出现的一些异常构象，比如φ和ψ角的值是否位于Ramachandran图中允许出现的范围之内、是否出现原子空间碰撞以及是否有一些不经常出现的键长和键角。 7.6.2 线索法: 反向蛋白折叠 对于一个目标蛋白，可以通过有哪些信誉好的足球投注网站那些假设与目标蛋白具有相同构象的蛋白而快速建立起这个未知蛋白三维结构的大致模型。假设得到了一个特定的构象，那么就能使用蛋白折叠算法中同样的评估方法来决定是否接受这一构象。这种先假设一个特定构象然后对这一构象进行评估的过程称为蛋白折叠的线索法，有时也被认为是蛋白质折叠的逆过程，故称为反向蛋白折叠。 一些数据库将具有相似结构的蛋白划成不同的分类。要决定一个蛋白属于哪个折叠家族，可以先将一个家族中所有结构的平均构象作为这个家族的结构，然后得到目标蛋白采用这一构象时的结构，再进行质量评估。 7.7 RNA二级结构的预测 一级结构： 构成RNA分子的核苷酸序列。 二级结构： 单链RNA分子自身缠绕配，通过氢键作用等形成的诸如茎区、发夹、突出、伪结等结构。 点矩阵法作图 动态规划法 最大匹配法 最小自由能法等。 Zuker的Mfold