生物信息学及其在病毒研究中的应用

介绍生物信息学的原理与方法及其在病毒研究中的应用。保守序列承担着极其重要的功能，通过多重序列对齐搜寻保守序列，是生物信息学方法的基础；敏感位点是一种反映蛋白质或核酸功能的特定模式，因此，通过数量关系的优化推导敏感位点，可用于分离病毒蛋白质与核酸相互作用位点；核苷酸和氨基酸序列只有形成了三级或四级结构才能表现功能，通过同源建模预测蛋白质的高级结构，有助于疫苗的研制、抗病毒药物的筛选以及药物的分子设计。预测RNA的三级结构大多从RNA折叠入手．病毒蛋白质三级结构预测比较成功的是日本脑炎病毒包膜糖蛋白的三级结构。     

基于蛋白质序列的氨基酸字母表简化

蛋白质的结构和功能特性由其氨基酸序列编码,控制序列结构映射的规则被认为是二级遗传密码,氨基酸字母表的简化可以减少蛋白质序列中的冗余,有助于揭示编码规则.基于氨基酸的单体特征、成对相互作用和相似性,可以简化氨基酸字母表.目前,仅基于蛋白质的序列信息,根据最近邻氨基酸的出现频率构建了一个氨基酸的嵌入表示.在此基础上,提出一...     

用相似性方法研究三叶草家族蛋白质序列-结构关系

Anfisen因提出蛋白质的氨基酸序列包含有足够的信息去决定它的空间结构的假说而获诺贝尔奖,这使得蛋白质的三级结构唯一地由其氨基酸序列决定的说法广为人所接受的。然而,很多具有规则三级结构的蛋白质其氨基酸序列接近随机,这使得人们感到很困惑。本文将以三叶草家族蛋白质为例,根据相似性方法把序列中的隐含对称性显示出来。结果表明氨基酸序列中的隐含对称性与三级结构的三重准对称性一致。     

四螺旋桨家族蛋白质序列——结构关系研究

蛋白质的三级结构唯一地由其氨基酸序列决定,这是广为人所接受的。然而,很多具有规则三级结构的蛋白质其氨基酸序列接近随机,这使得人们感到很困惑。本文将以四螺旋桨家族蛋白质为例,通过简化氨基酸残基,根据相似性方法把序列中的隐含对称性显示出来。结果表明氨基酸序列中的隐含对称性与三级结构的四重准对称性一致。     

密码子、氨基酸若干重要性质的相关性

对遗传密码子及20种蛋白质氨基酸的若干重要性质的相互关系进行了考察，发现，不仅在密码子和氨基酸内部的多项性质间。而且在密码子与氨基酸两者的多项性质间均存在着显著的相关性．这种相关性在核酸与蛋白质之间逻辑关系的分析方面可能有意义．     

生物机与蛋白质

对于体内最重要的两类生物分子--核酸和蛋白质,科学家们已经了解到:核酸有遗传信息而无催化作用;而蛋白质有催化作用反而没有遗传信息.核酸中的脱氧核糖核酸在不同状态下,可产生有信息和无信息的变化,这就激起了科学家们研制生物电子元件的灵感--生物计算机.     

生物机与蛋白质

对于体内最重要的两类生物分子--核酸和蛋白质,科学家们已经了解到:核酸有遗传信息而无催化作用;而蛋白质有催化作用反而没有遗传信息.核酸中的脱氧核糖核酸在不同状态下,可产生有信息和无信息的变化,这就激起了科学家们研制生物电子元件的灵感--生物计算机.……     

蛋白质多样性的数学分析

瞬息万变的生命现象，给数学提出了大量复杂运算与许多用数值不易表示的变化，推进了数学打破传统结构。开拓新的数学领域和方法，运用到生命科学研究和发展过程．以mRNA长链为模板，合成翻译蛋白质肽链的过程中，其三联密码符号，即核苷酸的4种信息符号U、C、A、G，决定了氨基酸的排序变化，同时传输遗传信息．这里用数学理论和方法，例证20种氨基酸排序变化的多样性，致使蛋白质肽链结构的多样性，以至生物性状、生物种类多样性．     

多重序列比对对蛋白质二级结构预测的改进

一定氨基酸序列顺序排列的多肽链是如何形成有一定空间结构的蛋白质分子的问题仍是分子生物学中心法则中到目前为止还悬而未决的问题.所以预测蛋白质的三级结构是分子生物学迫切需要解决的问题之一.一般认为蛋白质的结构是由其氨基酸序列所决定的,但我们现在所拥有的知识还不足以对蛋白质的三级结构准确地预测.因而在此之前准确预测蛋白质二级结构对于预测蛋白质三级结构有着重要的意义[1,2].     

同义密码子用语与蛋白质二级结构信息

对人体117个蛋白质和大肠杆菌的185个蛋白质的各二级结构相对应的mRNA序列中的同义密码子与氨基酸上下文关联熵、蛋白质序列中氨基酸与氨基酸上下文关联熵作了统计分析，发现密码子关联确实比氨基酸关联对蛋白质二级结构提供的信息量大，而且人蛋白质中同义密码子提供的二级结构信息比大肠杆菌中多．同时，证明了在相对信息剩余大于等于30％的情况下，Adzhubei给出的九种氨基酸中的八种其同义密码子在某些二级结构中明显的携带结构信息；此外A，N，D，R，H，C，Y这几种氨基酸的同义密码子在某些二级结构中也明显地携带结构信息．     

蛋白质二级结构由氨基酸和mRNA序列编码

据氨基酸序列,密码子序列和蛋白质二级结构序列的比较,指出约18％的两肽的密切子具有反常的蛋白质结构偏好性,并且这种以常不能用随机涨落解释,因而关于蛋白质折迭的Anfinsen原理可能需要作适当修正。     

Evolutionary information for specifying a protein fold

Classical studies show that for many proteins, the information required for specifying the tertiary structure is contained in the amino acid sequence. Here, we attempt to define the sequence rules for specifying a protein fold by computationally creating artificial protein sequences using only statistical information encoded in a multiple sequence alignment and no tertiary structure information. Experimental testing of libraries of artificial WW domain sequences shows that a simple statistical energy function capturing coevolution between amino acid residues is necessary and sufficient to specify sequences that fold into native structures. The artificial proteins show thermodynamic stabilities similar to natural WW domains, and structure determination of one artificial protein shows excellent agreement with the WW fold at atomic resolution. The relative simplicity of the information used for creating sequences suggests a marked reduction to the potential complexity of the protein-folding problem.     

天人菊matK基因克隆及生物信息学分析

为了完善天人菊的遗传信息,丰富菊科植物分子生物学分析数据.通过PCR扩增、基因克隆获得天人菊matK基因的完整核苷酸序列,采用生物信息学方法分析天人菊matK蛋白的结构及性质,并与其他12种matK氨基酸序列进行对比,构建系统进化树.结果表明,天人菊matK基因全长1296 bp,可编码432个氨基酸,二级结构以α-螺...     

从序列预测蛋白质折叠速率

基于序列预测二级结构的蛋白质折叠速率的成功预测暗示着折叠速率能够单独从序列中预测出来.为了追踪这一问题,提出了从序列预测折叠速率的一种方法,而不需要任何二级结构和拓扑的信息.残基对折叠速率的影响与氨基酸的性质有密切的关系.对双态和多态蛋白质实验测定的折叠速率的相关性达到了82.9%,这意味着蛋白质的氨基酸序列是决定折叠速率和机理的重要因素.     

mRNA序列与蛋白序列对比

生物序列的对比是计算生物学中的一个基本问题．目前已有许多算法对DNA序列或蛋白序列之间进行对比,多是对同种生物序列进行对比．为得到mRNA序列和蛋白序列之间的对比,采用动态规划算法,提供了寻求mRNA序列和蛋白序列的局部对比和全局对比,解决了核酸与氨基酸之间的对比问题．算法的时间复杂度为O(nm)．     

原核生物中心法则形成过程的逻辑分析

对生命早期原核细胞内遗传信息传递法则的形成过程进行推演是一项值得探索的工作. 基于地球诞生初期所可能存在的理化条件及演化,提出了生物小分子产生的化学必然性以及籍此促使生物大分子产生并呈现生命端倪的逻辑必然性. 在提出不同原始反应之间维持相对平衡观点的基础上,分析了产生结构相对稳定、对体系危害程度小的生物大分子以及大分子聚集体的成因及重要意义,阐释了囊泡（类细胞结构）的形成机制与意义;基于模板反应,提出了“软模板”（即mRNA）与“硬合成装置”（即核糖体）进行蛋白质合成时的相互筛选（即柔-刚对接模型）以及多种RNA参与蛋白质生物合成的成因,籍此提出了囊泡内因长期演化所导致的“弱遗传关系”的模型. 同时,也从逻辑学的视角分析了DNA与RNA形成先后的问题、蛋白质与核酸形成先后问题、病毒进化与细胞进化之关系等关乎生命起源与进化的重要科学问题. 最后,对生命起源的逻辑、生命现象的重新定义等问题进行了讨论.      

两种快速的密码子检索方法

许多生物信息学软件涉及将核苷酸序列翻译成对应的氨基酸序列的操作.密码子检索表的结构及检索算法强烈地影响蛋白质翻译的速度.本文提出了2种快速的密码子检索方法.一是平均检索长度约为7,最大检索长度为9的分块检索;二是没有空间冗余和地址冲突的哈希表检索,其平均检索长度和最大检索长度均为3.对几种密码子检索方法的检索效率进行比较,结果表明哈希表的检索速度最快.     

The protein-coding sequence of the bovine ACTH-beta-LPH precursor gene is split near the signal peptide region

The pituitary hormones corticotropin (ACTH) and beta-lipotropin (beta-LPH) are formed from a large common precursor. Recently, we have elucidated the whole primary structure of the bovine ACTH-beta-LPH precursor (designated alternatively as preproopiocortin) by determining the nucleotide sequence of cloned DNA complementary to the mRNA coding for the precursor protein. The amino acid sequence assigned has disclosed a characteristic repetitive structure of the ACTH-beta-LPH precursor. The repetitive units of the precursor protein each contain a melanotropin (MSH) sequence (alpha-, beta- or gamma-MSH) as well as other peptide components such as beta-endorphin and corticotropin-like intermediate lobe peptide (CLIP). The repetitive units as well as their peptide components are each bounded by paired basic amino acid residues, which apparently represent the sites of proteolytic processing. Several studies have confirmed the translational initiation site and protein structure assigned (see also ref. 11 and refs therein). In view of the recent knowledge about the organization of eukaryotic genes (see refs 12, 13 for reviews), it would be of particular interest to investigate the relationship between the repetitive structure of the ACTH-beta-LPH precursor containing different functional components and the arrangement of the protein-coding sequence in its gene. We have now isolated and characterized bovine genomic DNA fragments encoding this precursor protein and have demonstrated that the protein sequence is encoded by two non-consecutive DNA segments. An intron (intervening sequence) of approximately 2.2 kilobase pairs separates the smaller exon (mRNA-coding sequence), which contains the gene sequence encoding the signal peptide, from the larger exon, which contains the gene sequence for most of the protein structure, including the known biologically active component peptides.     

病毒学对分子生物学发展的贡献

本文通过回顾病毒学发展史上的重大事件，尝试从以下几个方面说明病毒学的新发现对分子生物学发展所做出的贡献：①噬菌体感染实验和植物病毒重建实验证明了核酸是遗传信息的载体；②逆转录病毒的发现使人们认识到遗传信息的流动不是单向的；③逆转录酶已经成为基因克隆中重要的工具酶；④朊病毒的发现使人们认识到蛋白质很有可能成为核酸之外遗传信息的载体，扩展了人们对中心法则的认识；⑤各种野生型病毒被改造成为基因工程载体，广泛应用于基因工程．