蛋白质三维结构课件

什么是生物信息学什么是生物信息学生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学产生的背景：1866年，奥地利人孟德尔根据实验结果提出了基因是以实物存在的假说；生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学产生的背景：1871年，瑞士人Miescher从白细胞细胞核中分离出脱氧核糖核酸（DNA）；生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学产生的背景：1944年，美国人阿弗莱、麦克李沃和麦克卡三人通过实验证明DNA是生物的遗传物质；生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学产生的背景：1944年，美国人Chargaff发现DNA中鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）数量相等，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）数量相等；生物信息学产生的背景：1953年，英国人Watson和Crick在Nature杂志上发表了DNA的双螺旋三维结构。1962年，Watson，Crick和Wilkins因发现了DNA的双螺旋三维结构共同获得了诺贝尔生理学医学奖。Watson Crick Wilkins Franklin现代生命科学的诞生与发展现代生命科学的诞生与发展生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学产生的背景：1954年，Crick提出了中心法则“DNA-RNA-蛋白质”；生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学产生的背景：1966年，美国人Nirenberg和Khorana破译了全部遗传密码字典的64个密码子。生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展生物信息学的萌生：1956年，美国田纳西州的盖特林堡召开了“生物学中信息理论研讨会”；1979年，美国洛斯阿拉莫斯实验室建立了GenBank数据库；1982年，欧洲分子生物学实验室（EMBL）建立了核酸序列数据库；1984年，日本建立了核酸序列数据库DDBJ；90年代初，三大核酸数据库开始资源共享，联合成立了国际核苷酸序列数据库；1987年，美国学者林华安首创了“bioinformatics”一词，“compbio”-“bioinformatique”-“bio-informatics”；生物信息学的产生和发展生物信息学的产生和发展人类基因组计划：1990年，国际人类基因组计划启动，预算30亿美元，被誉为生命科学“阿波罗登月计划”，参与国：美、英、日、德、法；1997年，在耗费了巨额资金和一半预定时间之后，仅完成了3%的工作；1998年，Craig Venter创立Celera公司；1999年，Celera公司在无政府资助下，赶超了多国合作小组；1999年，中国加入多国合作小组，负责测定基因组全部序列的1；2000年，在美国总统克林顿的协调下，Celera公司与多国合作小组合作，宣布完成了人类基因组草图的90；2001年，完成了人类基因组草图的99，Celera公司与多国合作小组合作几乎同时分别在Science和Nature上独立发表自己的草图；2003年，人类基因组序列图绘制成功，彻底完成。生物信息学的定义生物信息学的定义美国国家基因研究中心：生物信息学是一个代表生物学、数学和计算机科学的综合力量的新兴学科。美国乔治亚理工大学：生物信息学是采用数学、统计学和计算机等方法分析生物学、生物化学和生物物理学数据的一门综合性学科。美国密苏里大学：生物信息学是获知、管理和处理生物信息的科学与技术。美国加州大学洛杉矶分校：生物信息学是对生物信息和生物学系统内在结构的研究，它将大量系统的生物学数据与数学和计算机科学的分析理论及使用工具联系起来。中国军事医学科学院欧阳曙光：生物信息学是研究生物信息的采集、处理、储存、传布、分析和揭示的科学，它通过综合数学、计算机科学与工程学、生物学的工具和技术，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。山东大学生院魏天迪：生物信息学是用计算机解决生物问题。生物信息学的发展方向生物信息学的发展方向一、算法、软件和数据库的开发 背景：数学、物理、计算机科学 例如：重复序列蛋白质模板拼接建模算法 EnsemLoc蛋白质亚细胞定位软件 TollML和LRRML数据库 二、算法、软件和数据库的应用 背景：生物、医学、化学 例如：Toll样受体结构与功能的研究 免疫应答信号通路中关键蛋白质的分子进化研究生物信息学核酸 蛋白质 其他 基因组测序 数据库 基因预测 转录调节预测 分子进化 RNA二级结构预测 数据库 二级/三维结构预测 对接 分子动力学模拟 分子设计 计算机辅助药物设计 代谢网络 系统生物学 生物影像学生物信息学的研究对象生物信息学的研究对象基因组测序基因组测序基因组测序基因组测序测序仪：2000年，荧光自动测序仪（第一代）；当前，高通量测序仪（第二代）基因组测序基因组测序生物数据库生物数据库1.核酸数据库国际核苷酸序列数据库2.蛋白质数据库=3.蛋白质结构数据库4.其他专项生物数据库基因预测基因预测1.外部预测法2.从头预测法3.比较基因组法基因预测基因预测1.外部预测法外部预测法2.从头预测法3.比较基因组法基于其他大量已知基因情况的核酸序列（基因组），对目标核酸序列进行相似性搜索。基因预测基因预测1.外部预测法2.从头预测法从头预测法3.比较基因组法不与其他核酸序列进行比较，根据不同物种基因本身的序列特征进行基因预测。GENSCAN基因预测基因预测1.外部预测法2.从头预测法从头预测法3.比较基因组法不与其他核酸序列进行比较，根据不同物种基因本身的序列特征进行基因预测。内含子5GTAG3基因预测基因预测1.外部预测法2.从头预测法3.比较基因组法比较基因组法根据自然选择的原理，基因区域的变异率应该远低于其他区域。很多物种的基因组已被完全测序，这样，比较相关物种基因组，保守区也就是潜在的基因区。基因表达调控分析基因表达调控分析四个水平上的基因表达调控：转录水平转录水平、转录后水平、翻译水平、翻译后水平。山东大学数学学院李国君教授：BOBRO A BOTTLENECK BROCKEN TOOL FOR MOTIF FINDINGNucleic Acids Research(IF 7.5)RNA二级结构预测二级结构预测长链非编码RNA可通过自身碱基互补形成二级结构，如三叶草结构，来行使调解蛋白质功能的功能。蛋白质三维结构蛋白质三维结构蛋白质四个水平上的结构：蛋白质三维结构蛋白质三维结构全beta折片 alpha螺旋+beta折片 全alpha螺旋蛋白质二级结构预测蛋白质二级结构预测已知一个蛋白质的氨基酸序列，预测其二级结构。常用软件：PSIPRED,APSSP2,NNPREDICT,PREDICTPROTEIN蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测已知一个蛋白质的氨基酸序列，预测其三维结构。三类方法：1.同源建模法；2.穿线法；3.从头预测法。前两类方法合称为基于模板法。MEAKIVKVLDSSRCEDGFGKKRKRAASYAAYVTGVSCAKLQNVPPPNGQCQIPDKRRRLEGENKLSAYENRSGKALVRYYTYFKKTGIAKRVMMYENGEWNDLPEHVICAIQNELEEKSAAIEFKLCGHSFILDFLHMQRLDMETGAKTPLAWIDNAGKCFFPEIYESDERTNYCHHKCVEDPKQNAPHDIKLRLEIDVNGGETPRLNLEECSDESGDNMMDDVPLAQRSSNEHYDEATEDSCSRKLEAAVSKWDETDAIVVSGAKLTGSEVLDKDAVKKMFAVGTASLGHVPVLDVGRFSSEIAEARLALFQKQVEITKKHRGDANVRYAWLPAKREVLSAVMMQGLGVGGAFIRKSIYGVGIHLTAADCPYFSARYCDVDENGVRYMVLCRVIMGNMELLRGDKAQFFSGGEEYDNGVDDIESPKNYIVWNINMNTHIFPEFVVRFKLSNLPNAEGNLIAKRDNSGVTLEGPKDLPPQLESNQGARGSGSANSVGSSTTRPKSPWMPFPTLFAAISHKVAENDMLLINADYQQLRDKKMTRAEFVRKLRVIVGDDLLRSTITTLQNQPKSKEIPGSIRDHEEGAGGL蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测同源建模法：相似的氨基酸序列对应着相似的蛋白质结构。蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测穿线法：不相似的氨基酸序列也可能对应着相似的蛋白质结构。蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测穿线法：不相似的氨基酸序列也可能对应着相似的蛋白质结构。已知结构的蛋白质 7万，不同的结构拓扑 1300。蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测从头预测法：1973年 Anfinsen 科学：蛋白质的三维结构决定于自身的基酸序列，并且处于最低自由能状态。由于运算量和准确度的问题，只适合长度小于100个氨基酸的蛋白质。蛋白质对接蛋白质对接对接要考虑的三个因素：1.几何形状互补；2.分子表面电荷互补；3.疏水作用。蛋白质蛋白质对接蛋白质对接蛋白质对接对接要考虑的三个因素：1.几何形状互补；2.分子表面电荷互补；3.疏水作用。小分子化合物蛋白质对接分子动力学模拟分子动力学模拟1 ns 100 cores5 h