第七章蛋白质和RNA结构预测蛋白质是重要物质基础面对堆积如山的生物学数据……蛋白质的功能蛋白质折叠重大挑战性问题蛋白质结构预测7.1氨基酸蛋白质是由二十种不同的氨基酸构成的20种标准氨基酸都是L-氨基酸特征：L-氨基酸分子中的α碳（分子中第2个碳）结合着一个碱性的氨基和一个酸性的羧基，此外Cα还结合着一个H原子和一个侧链基团（用R表示）。每一种氨基酸的R都是不同的，侧链上的碳依次是第3、4、5和6位碳。A.疏水氨基酸（hydrophobicaminoacid）B.极性氨基酸（polaraminoacid）C.带电氨基酸（chargedaminoacid）疏水性氨基酸极性氨基酸pH值表示溶液中H+浓度的负对数。55,000,000个水分子中有一个水分子离解成H+和OH-，与之相对应的浓度是1×10-7M，因此中性溶液的pH=7。生理条件（pH7附近）下氨基酸呈现兼性离子形式和水分子相似，许多氨基酸的侧链也含有可离解的质子。氨基酸的pKa值是一个表示氨基酸释放其可离解质子的相对难易程度的量。当pH值比氨基酸的pKa值小一个pH单位时，大约会有90%的氨基酸被质子化；当pH值比氨基酸的pKa值小两个pH单位时，大约会有99%的氨基酸被质子化。利用Handerson-Hasselalch公式，可算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例：[质子受体]pH=pKa+log------------[质子供体]蛋白质的等电点是指当这种蛋白质在溶液中的静电荷为零时溶液的pH值。蛋白质的等电点可以反映组成这种蛋白质的氨基酸的总体信息。例如如果蛋白质的pI＞7，我们就可以知道蛋白质中的碱性氨基酸比酸性氨基酸多。几种氨基酸的解离常数和等电点7.2多肽的组成（一级结构）7.2多肽的组成（一级结构）7.3二级结构二级结构7.3二级结构的类型7.3二级结构的类型7.3二级结构的类型有些蛋白质中含有大量的α螺旋如血红蛋白和肌红蛋白而一些蛋白质中则不含或者仅含很少的α螺旋如铁氧蛋白有些蛋白质的二级结构以β折叠为主如免疫球蛋白例：肽链Ala(A)-Glu(E)-Leu(L)-Met(M)倾向于形成α螺旋肽链Pro(P)-Gly(G)-Tyr(Y)-Ser(S)则不会形成α螺旋7.3.1骨架柔性旋转角一个蛋白质的构象可以通过每个氨基酸的Φ和Ψ角来表示，但是物理上并不能确实观察到所有的Φ和Ψ角，因为一些Φ和Ψ角的组合可能导致骨架上相邻残基侧链原子的空间碰撞。Ramachandran图显示了除甘氨酸残基外的其他氨基酸残基中允许出现的Φ和Ψ值。预测二级结构的算法中使用了多种计算方法如神经网络、离散态模型、隐马尔科夫模型、最近邻分类和进化计算等。目前大多数二级结构预测的算法都是对一系列由BLAST、FASTA和CLUSTALW算法产生的经过比对的序列进行二级结构预测。现在的二级结构预测算法，如PHD和Predator，将蛋白序列和每个氨基酸的相对保守程度作为输入，预测准确率能达到70%-75%。每种氨基酸出现在各种二级结构中倾向或者频率是不同的例如：Glu主要出现在α螺旋中Asp和Gly主要分布在转角中Pro也常出现在转角中，但是绝不会出现在α螺旋中所以可以根据每种氨基酸残基形成二级结构的倾向性（Chou-Fasman）或者统计规律（GOR）进行二级结构预测该方法由Chou和Fasman在70年代提出来，是一种基于单个氨基酸残基统计的经验预测方法。通过统计分析，获得的每个残基出现于特定二级结构构象的倾向性因子，进而利用这些倾向性因子预测蛋白质的二级结构.每个氨基酸都有几个构成参数，P(a),P(b)和P(turn),分别表示相应的氨基酸形成α螺旋、β折叠和β转角的偏向性。另外，每个氨基酸同时也有4个转角参数f(i),f(i+1),f(i+2),f(i+3),分别对应于这种氨基酸出现在发夹转角第一、第二、第三和第四位的频率。(1)寻找所有相邻的6个残基中至少4个残基的P(a)>100的区域。(2)对于(1)中发现的每一个区域，从区域两端向外延伸，直至出现4个连续残基的P(a)<100为止。(3)对于(2)中每个延伸区域计算所有氨基酸的P(a)的总和ΣP(a),并且计算所有氨基酸P(b)的总和ΣP(b)。假如所得的区域长度>5，并且区域的ΣP(a)>ΣP(b)，那么这样的一个区域就被预测为α螺旋。β折叠的预测规则（1）对于每个位于i位置上的残基计算它的转角偏向性P(t)。计算方法如下：P(t)=第i位上的残基的f(i)值×第i+1位上的残基的f(i+1)值×第i+2位上的残基的f(i+2)值×第i+3位上的残基的f(i+3)值（2）若一段区域内的氨基酸满足如下条件，就预测这段