蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測
作者:上海嵐興生物科技有限公司 2015-09-13T00:00 (訪問量:5930)
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測相關(guān)概念:
“折疊(fold)”的概念
“折疊(fold)”是近年來蛋白質(zhì)研究中應(yīng)用較廣的一個概念,它是介與二級和
三級結(jié)構(gòu)之間的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次,它描述的是二級結(jié)構(gòu)元素的混合組合方式。
二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測方法介紹:
Chou-Fasman算法:
??? 是單序列預(yù)測方法中的一種,它是使用氨基酸物理化學(xué)數(shù)據(jù)中派生出來的
規(guī)律來預(yù)測二級結(jié)構(gòu)。 他們統(tǒng)計首先出20種氨基酸出現(xiàn)在α螺旋、β折疊和無
規(guī)則卷曲中出現(xiàn)頻率的大小,然后計算出每一種氨基酸在這幾種構(gòu)象中的構(gòu)象參
數(shù)Px.構(gòu)象參數(shù)值的大小反映了該種殘基出現(xiàn)在某種構(gòu)象中的傾向性的大小。按照
構(gòu)象參數(shù)值的大小可以把氨基酸分為六個組:Ha(強螺旋形成者)、ha( 螺旋形
成者)、Ia(弱螺旋形成者)、ia(螺旋形成不敏感者)、ba(螺旋中斷者)、
Ba(強螺旋中斷者)。Chou和Fasman根據(jù)殘基的傾向性因子提出二級結(jié)構(gòu)預(yù)測的
經(jīng)驗規(guī)則,要點是沿蛋白序列尋找二級結(jié)構(gòu)的成核位點和終止位點。這種方法可
能能夠正確反映蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的形成過程,但預(yù)測成功率并不高,僅有50%左右。
GOR算法:??? 也是單序列預(yù)測方法中的一種,因其作者Garnier, Osguthorpe和
Robson而得名。這種方法是以信息論為基礎(chǔ)的,也屬于統(tǒng)計學(xué)方法的一種,GOR方
法不僅考慮被預(yù)測位置本身氨基酸殘基種類對該位置構(gòu)象的影響,也考慮到相鄰
殘基種類對該位置構(gòu)象的影響。這樣使預(yù)測的成功率提高到 65% 左右。GOR方法
的優(yōu)點是物理意義清楚明確,數(shù)學(xué)表達嚴格,而且很容易寫出相應(yīng)的計算機程序,
但缺點是表達式復(fù)雜。
多序列列線預(yù)測:
??? 對序列進行多序列比對,并利用多序列比對的信息進行結(jié)構(gòu)的預(yù)測。調(diào)查者
可找到和未知序列相似的序列家族,然后假設(shè)序列家族中的同源區(qū)有同樣的二級
結(jié)構(gòu),預(yù)測不是基于一個序列而是一組序列中的所有序列的一致序列。
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的序列預(yù)測:
??? 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進行序列的預(yù)測,BP (Back-Propagation Network)
網(wǎng)絡(luò)即反饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是目前二級結(jié)構(gòu)預(yù)測應(yīng)用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,它通常
是由三層相同的神經(jīng)元構(gòu)成的層狀網(wǎng)絡(luò),使用反饋式學(xué)習(xí)規(guī)則,底層為輸入層,中
間為隱含層,頂層是輸出層,信號在相鄰各層間逐層傳遞,不相鄰的各層間無聯(lián)系,
在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)輸入的一級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)的關(guān)系的信息不斷調(diào)整各單元之間的
權(quán)重,最終目標是找到一種好的輸入與輸出的映象,并對未知二級結(jié)構(gòu)的蛋白進行
預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的優(yōu)點是應(yīng)用方便,獲得結(jié)果較快較好,主要缺點是沒有反映
蛋白的物理和化學(xué)特性,而且利用大量的可調(diào)參數(shù),使結(jié)果不易理解。許多預(yù)測程
序如PHD、PSIPRED等均結(jié)合利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算方法。
基于已有知識的預(yù)測方法(knowledge based method):??? 這類預(yù)測方法包括Lim
和 Cohen 兩種方法。Lim 方法是一種物理化學(xué)的方法,它根據(jù)氨基酸殘基的物理化
學(xué)性質(zhì),包括:疏水性、親水性、帶電性以及體積大小等,并考慮殘基之間的相互
作用而制訂出一套預(yù)測規(guī)則。對于小于50個氨基酸殘基的肽鏈, Lim 方法的預(yù)測準
確率可以達到73%. 另一種是 Cohen 方法,它的提出當時是為了α/β蛋白的預(yù)測,
基本原理是說:疏水性殘基決定了二級結(jié)構(gòu)的相對位置,螺旋亞單元或擴展單元是
結(jié)構(gòu)域的核心,α螺旋和β折疊組成了結(jié)構(gòu)域。
混合方法(hybrid system method):??? 將以上幾種方法選擇性的混合使用,并調(diào)
整他們之間使用的權(quán)重可以提高預(yù)測的準確率,目前預(yù)測準確率在70%以上的都是混
合方法,其中,同源性比較方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 和 GOR方法 應(yīng)用最為廣泛。
三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測:
同源性建模:??? 假設(shè)對已知結(jié)構(gòu)的另一個蛋白質(zhì)序列來排列一個蛋白質(zhì)的序列,
如果靶序列和已知結(jié)構(gòu)序列在整個序列的全長有很高的相似性,在合理的信任度上,
我們可以使用已知結(jié)構(gòu)作為靶蛋白質(zhì)的模版。
“串線(threading)”算法:??? 串線結(jié)構(gòu)分析是試圖把未知的氨基酸序列和各種
已存在的三維結(jié)構(gòu)相匹配,并評估序列折疊成那種結(jié)構(gòu)的合適度。串線法最適用于折
疊(fold)的識別,而不是模型的建立。它是快速用未知序列的氨基酸側(cè)鏈替換已知
序列中的氨基酸位置。Jones等首先從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中挑選蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)建立折疊
子數(shù)據(jù)庫,以折疊子數(shù)據(jù)庫中的折疊結(jié)構(gòu)作為模板,將目標序列與這些模板一一匹配,
通過計算打分函數(shù)值判斷匹配程度,根據(jù)打分值給模板結(jié)構(gòu)排序,其中打分最高的被
認為是目標序列最可能采取的折疊結(jié)構(gòu)。Threading 方法的難點在于序列與折疊結(jié)構(gòu)
的匹配技術(shù)和打分函數(shù)的確定。(Jones等,1992)
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