计算机科学与生命科学（13）生物信息学基础 2013年秋季学期通选课程 上课时间：周一 18:30点 上课地点：软件园4区502d 主讲人：魏天迪 讲义网址：http://www.mbtech.sdu.edu.cn/biocomp/

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。 MEAKIVKVLDSSRCEDGFGKKRKRAASYAAYVTGVSCAKLQNVPPPNGQCQIPDKRRRLEGENKLSAYENRSGKALVRYYTYFKKTGIAKRVMMYENGEWNDLPEHVICAIQNELEEKSAAIEFKLCGHSFILDFLHMQRLDMETGAKTPLAWIDNAGKCFFPEIYESDERTNYCHHKCVEDPKQNAPHDIKLRLEIDVNGGETPRLNLEECSDESGDNMMDDVPLAQRSSNEHYDEATEDSCSRKLEAAVSKWDETDAIVVSGAKLTGSEVLDKDAVKKMFAVGTASLGHVPVLDVGRFSSEIAEARLALFQKQVEITKKHRGDANVRYAWLPAKREVLSAVMMQGLGVGGAFIRKSIYGVGIHLTAADCPYFSARYCDVDENGVRYMVLCRVIMGNMELLRGDKAQFFSGGEEYDNGVDDIESPKNYIVWNINMNTHIFPEFVVRFKLSNLPNAEGNLIAKRDNSGVTLEGPKDLPPQLESNQGARGSGSANSVGSSTTRPKSPWMPFPTLFAAISHKVAENDMLLINADYQQLRDKKMTRAEFVRKLRVIVGDDLLRSTITTLQNQPKSKEIPGSIRDHEEGAGGL 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。

同源建模法 同源建模法：相似的氨基酸序列对应着相似的蛋白质结构。

同源建模法: SWISS-MODEL http://swissmodel.expasy.org/ Automated mode: 什么都不用自己操心，只输入EMAIL、项目名称和目标序列，点Submit。

穿线法 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。

穿线法 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 > 9万，不同的结构拓扑 < 1300。

自动穿线法: I-TASSER http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/I-TASSER/ I-TASSER: 在线的蛋白质结构预测服务器，在近三届蛋白质结构预测比赛（CASP7/8/9）中皆排名第一。作者为美国密歇根大学的张阳教授。 什么都不用自己操心，只需注册一个用户，输入EMAIL、密码和目标序列（I-TASSER文件夹下seq.txt ），点RUN。

从头预测法 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，只适合几十个氨基酸长的蛋白质。

从头预测法 QUARK: http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/QUARK/

三种预测法的选择 首先考虑同源建模法，寻找模板。如果找到的模板序列与目标序列的一致度高于30%，那么就放心的用同源建模法。如果低于30%，再尝试穿线法。用穿线法得出的结果评估不错的话就齐活。评估不理想的话，如果目标序列短于100个氨基酸，那么尝试从头预测法，如果序列长于100个氨基酸就没什么办法了。

三维模型质量评估软件 Verify3D: http://nihserver.mbi.ucla.edu/SAVES PROCHECK: http://nihserver.mbi.ucla.edu/SAVES ProQ: http://www.sbc.su.se/~bjornw/ProQ MetaMQAPII: https://genesilico.pl/toolkit/mqap ModFOLD: http://www.reading.ac.uk/bioinf/ModFOLD QMEAN: http://swissmodel.expasy.org/qmean/cgi/index.cgi 模型质量评估软件不是评价一个模型跟真实模型的差别大小，而是从几何学、立体化学和能量分布三方面评估一个模型的自身合理性。只能说评估好的模型很可能跟真实的结构很接近。

三维模型质量评估软件 Verify3D: http://nihserver.mbi.ucla.edu/SAVES PROCHECK: http://nihserver.mbi.ucla.edu/SAVES ProQ: http://www.sbc.su.se/~bjornw/ProQ/ProQ.cgi 以上一步I-TASSER预测出的模型为例，试一下上面三个评估软件。

三维模型局部优化软件：ModLoop 从上一个练习Verify3D输出的曲线图中看出，模型的10到17位结构情况相对差一些。可以用ModLoop来优化这个区域的结构。 http://salilab.org/modloop/ 输入值为：Modeller license key：MODELIRANJE，模型文件，需修改区域的起始位置（可多个，书写格式点小问号获得帮助）。 跑完之后出来一个网页，上面有优化之后的结构文件下载地址，右键另存为即可。结果可直接查看ModLoop文件夹里的output.pdb。

结构重叠分析软件: SuperPose http://wishart.biology.ualberta.ca/SuperPose/ 可以把两个相似的三维结构重叠到一起，进行多方面的比较，比如RMSD等。如果两个结构的RMSD为0埃，那么它们结构一致，可以完全重合；一般来说，RMSD小于3埃时，认为这两个结构比较一致。