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なおちかまるこ
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1 近畿大学農学部生命情報学蛋白質の物理化学的性質とアミノ酸配列解析 2009 年 4 月 28 日 ( 火 ) 奈良先端大情報蛋白質機能予測学講座川端猛 takawaba@is.naist.jp 平成 21 年度生命情報学 & 生命情報学実習講義日程講義生命情報学演習生命情報学演習 4/7 川端 1 配列決定とバイオインフォマティクス 4/14 川端 2 ペアワイズアライメントと配列相同性検索川端主要 WEBデータベースの使用法 (BLAST) 4/21 川端 3 マルチプルアライメントとその応用中村 hemffice を用いた計算化学演習 4/28 川端 4 蛋白質の物理化学的性質と配列解析 5/12 川端 5 分子系統学基礎中村系統樹作成演習 (lustalx) /19 川端 6 蛋白質立体構造データの情報解析川端蛋白質立体構造データの可視化 (asmol) 5/26 川端 7 >> 試験 << 6/2 金谷 1 ポストゲノム解析入門 ( トランスクリプトーム解析 ) 6/9 金谷 2 ポストゲノム解析入門 ( インタラクトーム解金谷 1 発現プロフィール解析演習析 ) 6/16 金谷 3 ポストゲノム解析 ( 統合解析 ) 金谷 2 インタラクトローム代謝物解析演習 6/23 金谷 4 メタボローム解析 ( その1) 6/30 金谷 5 メタボローム解析 ( その2) 7/7 金谷 6 メタボローム解析 ( その3) 7/14 金谷 7 >> 試験 << 1

2 配列比較によるタンパク質の分類 Pfam : 蛋白質ファミリのデータベース各蛋白質ファミリのマルチプルアライメント MM などを集めたデータベース 2

3 配列比較によるタンパク質分類 1970 年代から配列の一致度 (sequence identity) に基づいてグループを作る作業が行われてきたどのくらいの類似性で一つにまとめるかは様々な考えがあるが少なくとも相同なタンパク質群を一つのグループにまとめるべきファミリー (family, 族 ): : 進化的に関係のある ( 相同な ) タンパク質グループのこと複数のファミリーがあつまった大きなグループ : スーパーファミリー (superfamily, clan) 一つのファミリーの中の小さなグループ : サブファミリー (subfamily) family subfamily superfamily 配列 1 配列 2 A 1 ドメイン単位による分類配列の部分どうしだけが類似していた場合配列 3 A 2 B 2 B 3 3 ドメインに分割すると部分一致を重視するとすべて一つのグループになるが A を共有配列 1 配列 2 配列 3 B を共有 1 と 2 が類似 2 と 3 が類似していても 1 と 3 は類似していない! A 1 A 1 B 2 3 A 2 B 2 A 2 B 3 B 3 3 きれいに分類することができる!! 3

4 Pkinase_Tyr ドメインをもつタンパク質の例 Family : Pkinase_Tyr (PF07714) : Protein tyrosine kinase K_UMA ABL_UMA BTK_UMA ILK_UMA METK_UMA PGFB_UMA Pfam データベース ( からの引用蛋白質の物理化学的性質とアミノ酸配列解析 4

蛋白質 : ペプチド結合したアミノ酸群 Phe(F) ( 疎水性 ) Ala(A) (

疎水性 ) A P 脂肪族 G I V L Y M F W 疎水性芳香族 S T D

アミノ酸は全部で 20 種類 Val(V) ( 疎水性 ) Asp(D) ( 親水性 )

5 蛋白質 : ペプチド結合したアミノ酸群 Phe(F) ( 疎水性 ) Ala(A) ( 疎水性 ) 様々な物理化学的な性質を持った側鎖が主鎖のペプチド結合で連なる Leu(L) ( 疎水性 ) A P 脂肪族 G I V L Y M F W 疎水性芳香族 S T D Thr ( 親水性 ) Q 負荷電 E K 正荷電親水性 ys() ( 親水性 ) アミノ酸は全部で 20 種類 Val(V) ( 疎水性 ) Asp(D) ( 親水性 ) フォールディング ( 折り畳み ) という現象温度や変性剤濃度によって可逆に変化変性状態 (D) 非常に多種の構造の集合大きく広がっている天然状態 () ほとんど唯一の構造小さくコンパクトに折りたたまっている折り畳みは原則としてその蛋白質以外の分子の介助を必要としないアミノ酸配列の情報だけで天然状態の立体構造が決定されるどうやってコンパクトになるか? (1) 主鎖の水素結合 (2) 側鎖間の疎水性相互作用あるアミノ酸配列がどうやって一つの構造を決めるのか??? 5

6 アミノ酸の疎水性の分布による蛋白質の特徴づけタンパク質の構造性質による大きな分類水溶性タンパク質 soluble protein 膜タンパク質 membrane protein 球状タンパク質 globular protein 不定形タンパク質 Intrinsically disordered protein タンパク質の例多くの酵素抗体転写因子など真核生物の転写因子の非ドメイン領域など配列上の特徴疎水性親水性のアミノ酸がバランスよく含まれている親水性アミノ酸が多い特に EPQSK が多いレセプタートラン疎水性アミノ酸が多くスポーターなど連続する疎水性アミノ酸領域 ( 膜貫通へリックス ) が観察されることが多い 6

:DEQGKPSTY 5p21:rasp21 7pcyA:plastocyanin

1mbdA:Myoglobin 7pcyA:plastocyanin 1timA:Triose

7 球状タンパク質の疎水性アミノ酸球状タンパク質では分子内部に疎水性アミノ酸分子表面に親水性アミノ酸が分布する傾向にある疎水基 :AILMFWV 親水基 :DEQGKPSTY 5p21:rasp21 7pcyA:plastocyanin 1mbdA:Myoglobin 1timA:Triose phosphate isomerase 疎水性相互作用 (hydrophobic interaction) : 水分子と親和性の少ない非極性 (non-polar 疎水性) 基が水溶液中で互いに集まろうとする相互作用電気や磁気と異なり符号はなく疎水性どうしのものは相手を問わず集合する球状タンパク質の疎水性アミノ酸球状タンパク質では分子内部に疎水性アミノ酸分子表面に親水性アミノ酸が分布する傾向にある疎水基 :AILMFWV 親水基 :DEQGKPSTY 1mbdA:Myoglobin 7pcyA:plastocyanin 1timA:Triose phosphate isomerase 疎水性相互作用 (hydrophobic interaction) : 水分子と親和性の少ない非極性 (non-polar 疎水性 ) 基が水溶液中で互いに集まろうとする相互作用電気や磁気と異なり符号はなく疎水性どうしのものは相手を問わず集合する 7

疎水性指標による内外予測 Kyte and Doolittle(1982) の疎水性指標 I 4.5 V 4.2 L 3.8 F 2.8 2.5 M 1.9 A 1.

5 方法配列を横軸にとって縦軸に対応する疎水性指標をプロット前後数残基でスムージングジング w 1 V [ i] = KD{ Seq[ i + w]} 2w

8 疎水性指標による内外予測 Kyte and Doolittle(1982) の疎水性指標 I 4.5 V 4.2 L 3.8 F M 1.9 A 1.8 G -0.4 T -0.7 S -0.8 W -0.9 Y -1.3 P Q E -3.5 D -3.5 K 方法配列を横軸にとって縦軸に対応する疎水性指標をプロット前後数残基でスムージングジング w 1 V [ i] = KD{ Seq[ i + w]} 2w + 1 k = w 予測結果と実際の埋もれ度との比較 1mbd:Myoglobin 8

膜タンパク質脂質頭部 ( 親水性 ) 膜タンパク質 : 脂質二重膜に埋没して機能するタンパク質膜タンパク質脂質尾部 ( 疎水性 ) 性質 (1) 疎水的な脂質尾部と相互作用するためタンパク質表面には疎水性アミノ酸が多い (2) 水に溶けにくく凝集しやすい (3) 多くは膜貫通へリックスを持つ (4) 膜貫通へリックスの長さは 15-30 アミノ酸ぐらい

9 膜タンパク質脂質頭部 ( 親水性 ) 膜タンパク質 : 脂質二重膜に埋没して機能するタンパク質膜タンパク質脂質尾部 ( 疎水性 ) 性質 (1) 疎水的な脂質尾部と相互作用するためタンパク質表面には疎水性アミノ酸が多い (2) 水に溶けにくく凝集しやすい (3) 多くは膜貫通へリックスを持つ (4) 膜貫通へリックスの長さはアミノ酸ぐらいアミノ酸配列からも連続した疎水性アミノ酸領域としてある程度予測可能不定形タンパク質 intrinsically disordered protein 親水性アミノ酸が多く疎水性アミノ酸が少ないため天然状態でもコンパクトに折たたまらない親水性アミノ酸の中でも EPQSK 球状タンパク質ドメインをつなぐ領域としてよく見られる真核生物に多く原核生物には少ない転写因子に特に多くみられる生物学的な機能はよくわかっていないがタンパク質間相互作用に重要な働きをするといわれている 9

10 タンパク質の構造性質による大きな分類水溶性タンパク質 soluble protein 膜タンパク質 membrane protein 球状タンパク質 globular protein 不定形タンパク質 Intrinsically disordered protein タンパク質の例多くの酵素抗体転写因子など真核生物の転写因子の非ドメイン領域など配列上の特徴疎水性親水性のアミノ酸がバランスよく含まれている親水性アミノ酸が多い特に EPQSK が多いレセプタートラン疎水性アミノ酸が多くスポーターなど連続する疎水性アミノ酸領域 ( 膜貫通へリックス ) が観察されることが多いアミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P A I A F T M Y L S M L L G Y G L T M V P F G G E Q P I Y W A Y A D W L F T T P L L L L D L A L L V D A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K A E S M P E V A S T F K V L V T V V L W S A Y P V V W L I G S E G A G I V P L I E T L L F M V L D V S A K V G F G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G P E S S D S E Y T L S E P D S E E E E D E E E E E E E T T D D P E Y D P G Y K V K Q L G G G G G P S A P A A Q P P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E E E E G T Y T E E D S F D L G E L G F M L A G E V 10

11 アミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P A I A F T M Y L S M L L G Y G L T M V P F G G E Q P I Y W A Y A D W L F T T P L L L L D L A L L V D A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K A E S M P E V A S T F K V L V T V V L W S A Y P V V W L I G S E G A G I V P L I E T L L F M V L D V S A K V G F G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G P E S S D S E Y T L S E P D S E E E E D E E E E E E E T T D D P E Y D P G Y K V K Q L G G G G G P S A P A A Q P P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E E E E G T Y T E E D S F D L G E L G F M L A G E V アミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P A I A F T M Y L S M L L G Y G L T M V P F G G E Q P I Y W A Y A D W L F T T P L L L L D L A L L V D A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K A E S M P E V A S T F K V L V T V V L W S A Y P V V W L I G S E G A G I V P L I E T L L F M V L D V S A K V G F G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G P E S S D S E Y T L S E P D S E E E E D E E E E E E E T T D D P E Y D P G Y K V K Q L G G G G G P S A P A A Q P P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E E E E G T Y T E E D S F D L G E L G F M L A G E V 11

S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K

球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D

球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A

A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K

G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G

P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E

12 アミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P A I A F T M Y L S M L L G Y G L T M V P F G G E Q P I Y W A Y A D W L F T T P L L L L D L A L L V D A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K A E S M P E V A S T F K V L V T V V L W S A Y P V V W L I G S E G A G I V P L I E T L L F M V L D V S A K V G F G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G P E S S D S E Y T L S E P D S E E E E D E E E E E E E T T D D P E Y D P G Y K V K Q L G G G G G P S A P A A Q P P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E E E E G T Y T E E D S F D L G E L G F M L A G E V アミノ酸配列から膜貫通へリックスを予測するサーバ SSUI サーバ 12

13 蛋白質の二次構造 (α へリックス β シート ) 二次構造 : 主鎖の規則的な水素結合主鎖は基と基の繰り返しであるため極めて親水的 13

14 二次構造 : 主鎖の規則的な水素結合主鎖は基と基の繰り返しであるため極めて親水的水分子が水素結合しやすい二次構造 : 主鎖の規則的な水素結合主鎖は基と基の繰り返しであるため極めて親水的水分子が水素結合しやすい折りたたまれ水が排除されると水素結合は切断されるエネルギー的に不利 14

蛋白質内で新たな水素結合を作る必要性二次構造の生成主鎖の水素結合 :α へリックス 11

i+4 α i+3 α i-1 i 番目のがi+4 番目のと水素結合を形成 α 3.

15 二次構造 : 主鎖の規則的な水素結合主鎖は基と基の繰り返しであるため極めて親水的水分子が水素結合しやすい折りたたまれ水が排除されると水素結合は切断されるエネルギー的に不利蛋白質内で新たな水素結合を作る必要性二次構造の生成主鎖の水素結合 :α へリックス α i+4 α i+3 α i-1 i 番目のがi+4 番目のと水素結合を形成 α 3.6 残基が 1 周期の右巻きらせん =が同じ向きに並ぶためへリックス全体に電気双極子が発生 i ー + 末末 15

16 主鎖の水素結合 : 逆平行 β シート β ヘアピン βターン β ターン β ヘアピン主鎖の水素結合 : 平行 β シート β α β モチーフ平行 β シートが α へリックスで接続された構造モチーフ 16

1mbd 球状タンパク質の構造クラス all-α α/β 1n55A 1pqwA α- へリックスが中心 α- へリックスと β-

へリックスと β- シートが混在配列上の並びの規則はない逆平行と平行の β- シートが混在アミノ酸ごとに 2 次構造のなりやすさに差がある

59 30%list:3077chains を用いて再計算した値 ) ( α) = f ( Glu α) f ( α) A 1.42 E 1.

92 0.87 D 0.82 0.80 T 0.77 S 0.77 0.74 G 0.43 P 0.42 β シートコイル V 1.

83 K 0.79 Q 0.77 A 0.76 E 0.70 G 0.64 0.61 D 0.53 P 0.42 P 1.66 G 1.

17 1mbd 球状タンパク質の構造クラス all-α α/β 1n55A 1pqwA α- へリックスが中心 α- へリックスと β- シートが配列上交互に現れる平行 β- シートが中心 1mqk all-β 1fxd α+β 1a2p β- シートが中心逆平行が多い α- へリックスと β- シートが混在配列上の並びの規則はない逆平行と平行の β- シートが混在アミノ酸ごとに 2 次構造のなりやすさに差がある α ヘリックス hou-fasmann のパラメータ P Glu (scop %list:3077chains を用いて再計算した値 ) ( α) = f ( Glu α) f ( α) A 1.42 E 1.37 L 1.33 Q 1.30 M K W 1.07 I 1.06 F 0.97 Y 0.96 V D T 0.77 S G 0.43 P 0.42 β シートコイル V 1.95 I 1.77 F 1.46 Y W 1.29 T 1.20 L 1.11 M S 0.83 K 0.79 Q 0.77 A 0.76 E 0.70 G D 0.53 P 0.42 P 1.66 G D 1.33 S T K Q 0.90 E 0.88 Y 0.84 W 0.83 F 0.82 M 0.81 A 0.81 L 0.72 V 0.65 I

18 (3) α ヘリックスを好むアミノ酸 AEQLM をで囲みなさいこの二つが all-α か all-β のどちらかだとしたらどちらに属すると考えられるかをつけて答えよ >1mbdA (all-αクラス all-βクラス )( どちらか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA (all-αクラス all-βクラス ) ( どちらか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q all-α 生命情報学 ( ) all-β (3) α ヘリックスを好むアミノ酸 AEQLM をで囲みなさいこの二つが all-α か all-β のどちらかだとしたらどちらに属すると考えられるかをつけて答えよ >1mbdA (all-αクラス all-βクラス )( どちらか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA (all-αクラス all-βクラス ) ( どちらか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q all-α 生命情報学 ( ) all-β 18

D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I

Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA (all-αクラス all-βクラス ) ( どちらか一つを選択

G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V

28) all-β 疎水性の車輪図 (elical Wheel) 1mbdA の最後のヘリックスの配列 :ADAQGAMKALELFKDIAAKYKEL E D A L A D

19 (3) α ヘリックスを好むアミノ酸 AEQLM をで囲みなさいこの二つが all-α か all-β のどちらかだとしたらどちらに属すると考えられるかをつけて答えよ >1mbdA (all-αクラス all-βクラス )( どちらか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA (all-αクラス all-βクラス ) ( どちらか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q all-α 生命情報学 ( ) all-β 疎水性の車輪図 (elical Wheel) 1mbdA の最後のヘリックスの配列 :ADAQGAMKALELFKDIAAKYKEL E D A L A D K K K G E A A A Myoglobin (1mbdA) K A F L M I L Q Y 両親媒性ヘリックス : 片側が疎水的反対の側が親水的になっているヘリックスのことへリックスの 1 回転の周期が 3.6 アミノ酸なので 3 から 4 アミノ酸周期の疎水性ヘリックス構造を示唆 19

2 次構造ごとに疎水性パターンに特徴がある疎水親水 Kawabata, T. and Doi, J.(1997) "Improvement of Protein Secondary Structure Prediction Using Binary Word Encoding", Proteins, Vol 27, pp.

V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A

L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P

20 2 次構造ごとに疎水性パターンに特徴がある疎水親水 Kawabata, T. and Doi, J.(1997) "Improvement of Protein Secondary Structure Prediction Using Binary Word Encoding", Proteins, Vol 27, pp アミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P A I A F T M Y L S M L L G Y G L T M V P F G G E Q P I Y W A Y A D W L F T T P L L L L D L A L L V D A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K A E S M P E V A S T F K V L V T V V L W S A Y P V V W L I G S E G A G I V P L I E T L L F M V L D V S A K V G F G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G P E S S D S E Y T L S E P D S E E E E D E E E E E E E T T D D P E Y D P G Y K V K Q L G G G G G P S A P A A Q P P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E E E E G T Y T E E D S F D L G E L G F M L A G E V 20

アミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A

21 アミノ酸疎水性による配列特徴解析 : 学籍番号 : 氏名 : (1) 以下の配列の疎水性アミノ酸 (AFILMVW) をで囲みそのタンパク質のタイプを判定せよ (2) へリックスの周期的疎水パターン X X X,, をで囲め >1mbdA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) V L S E G E W Q L V L V W A K V E A D V A G G Q D I L I L F K S P E T L E K F D F K L K T E A E M K A S E D L K K G V T V L T A L G A I L K K K G E A E L K P L A Q S A T K K I P I K Y L E F I S E A I I V L S P G D F G A D A Q G A M K A L E L F K D I A A K Y K E L G Y Q G >7pcyA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) A A I V K L G G D D G S L A F V P I T V G A G E S I E F I A G F P I V F D E D A V P A G V D A D A I S A E D Y L S K G Q T V V K L T T P G T Y G V Y D P S G A G M K M T I T V Q >1bm1A ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) P E W I W L A L G T A L M G L G T L Y F L V K G M G V S D P D A K K F Y A I T T L V P A I A F T M Y L S M L L G Y G L T M V P F G G E Q P I Y W A Y A D W L F T T P L L L L D L A L L V D A D Q G T I L A L V G A D G I M I G T G L V G A L T K V Y S Y F V W W A I S T A A M L Y I L Y V L F F G F T S K A E S M P E V A S T F K V L V T V V L W S A Y P V V W L I G S E G A G I V P L I E T L L F M V L D V S A K V G F G L I L L S >Z428_UMA ( 球状タンパク質膜タンパク質不定形タンパク質 )( どれか一つを選択 ) M T E T E P A E T G G Y A S L E E D D E D L S P G P E S S D S E Y T L S E P D S E E E E D E E E E E E E T T D D P E Y D P G Y K V K Q L G G G G G P S A P A A Q P P A Q P Q L G S P L G E A P P G T P P L P A T A P Q E A P A P E G A L G E E E E E P P A G E G P A G E E E E E E E E E G T Y T E E D S F D L G E L G F M L A G E V 2 次構造予測アミノ酸配列から 2 次構造を予測することアミノ酸配列 2 次構造 TEVVGAPSIYLDGAQKLD ceeeeecccccc E β シート c コイル α ヘリックス 21

22 2 次構造予測の現状のまとめ hou-fasmann 等 70 年代に開発された方法の多くは正答率は60% 以下ニューラルネットワークや改良 G 法を用いると 63 ~68% ぐらいの正答率マルチプルアライメントを入力とする方法は正答率は70% を超える現状では76% ぐらいまで到達一般にαへリックスに比べ βシートの予測は困難現状のベストの方法マルチプルアライメントを入力とするニューラルネットワーク Blast,lustalW, PSI-BLAST,MMer アンサンブル学習再帰ネットワーク K- との組み合わせ 2 次構造予測の例 Single : 1 つの配列を入力とするニューラルネットワーク [Q3=66.6%] Profile : 複数の配列を入力とするニューラルネットワーク [Q3=83.5%] >1n55A [c.1.1.1] ISMEASE A: TISEPSPATE ISMEASE AAseq :AKPQPIAAAWKGTTASIEKLVQVFETISDVQVVAPTFVIPLVQAKLPKYV Single :ccccccccccccccccccccccceeeeeccccccccccccccc Profile:ccccEEEEEccccccccccccccEEEEEcccccccE bserve:ccccceeeeeccccccccccccceeeeeccccccccccee AAseq :ISAQAIAKSGAFTGEVSMPILKDIGVWVILGSETYYGETDEIVAQKVSEAKQGF Single :ccccccccccccccccccccccceeeeeccccccccccccccc Profile:EEccccccccccccccccccccEEEEccccccccccccccc bserve:eeecccccccccccccccccceeeeccccccccc AAseq :MVIAIGETLQQEAQTAKVVLSQTSAIAAKLTKDAWQVVLAYEPVWAIGTGKVATPE Single :EEEEEccccEEccccccccEEcccccccc Profile:cEEEEEcccccccccccccccccEEEEEccccccccccccc bserve:eeeeeecccccccccccccccceeeeeccccccccccccc AAseq :QAQEVLLLKWVSEIGTDVAAKLILYGGSVAAAATLYAKPDIGFLVGGASLKPE Single :cccccccccccccccccccccccccccc Profile:ccccccccEEEEcccccccccccccccccccc bserve:ccceeeeeccccccccccccceeeecccccccc AAseq :FDIIDAT Si l 22

折り畳まる前に凝集して沈殿してしまう危険性ドメイン構造と疎水性の関係 Tyrosine protein kinase K (1ad5A, K_UMA) S3

23 タンパク質の大きさと疎水性の関係親水層の幅は一定 (6A ぐらい ) 疎水的環境親水的環境表面の親水層の幅はアミノ酸一つ分 (6A ぐらい) タンパク質が球形ならアミノ酸数が多くなるほど疎水性のアミノ酸の比率が高くなってしまう疎水性のアミノ酸が多すぎると折り畳まる前に凝集して沈殿してしまう危険性ドメイン構造と疎水性の関係 Tyrosine protein kinase K (1ad5A, K_UMA) S3 domain Tyrosine-kinase domain 3 つの分断された疎水性コアドメイン構造 S2 domain 大きなタンパク質はいくつかの構造上のまとまり ( ドメイン ) を持つことが多い 23

24 参考図書構造生物学一般について Bluce Alberis 他著 ( 中村桂子松原謙一監訳 ) Essential 細胞生物学原書第 2 版 (2005) 第 2 章第 4 章南江堂松澤洋 ( 編集 ) タンパク質工学の基礎 (2004) 東京化学同人.Branden & J.Tooze ( 勝部幸輝ら訳 ) タンパク質の構造入門 (2000), ニュートンプレス G.A.Petsko & D.inge ( 横山茂之監訳 ) タンパク質の構造と機能ゲノム時代のアプローチ (2005) メディカルサイエンスインターナショナル Arthur M.Lesk ( 高木淳一訳 ) ポストゲノム時代のタンパク質科学構造機能ゲノミクスー (2007) 化学同人構造バイオインフォマティクス藤博幸編はじめてのバイオインフォマティクス (2006) 講談社サイエンティフィク郷通子高橋健一編基礎と実習バイオインフォマティクス (2004) 共立出版 Arthur M.Lesk( 岡崎康司坊農秀雄監訳 ) バイオインフォマティクス基礎講義一歩進んだ発想をみがくために (2003), メディカルサイエンスインターナショナル美宅成樹榊佳之バイオインフォマティクス (2003) 第 6 7 章東京化学同人日本バイオインフォマティクス学会編バイオインフォマティクス事典第 10 章共立出版 (2006) 配列の分類モチーフプロフィール法美宅成樹榊佳之バイオインフォマティクス (2003) 第 3,4 章東京化学同人日本バイオインフォマティクス学会編バイオインフォマティクス事典第 7 8 章共立出版 (2006) 24

近畿大学農学部生命情報学生体高分子の立体構造とその予測 Ras MTEYKLVVVGAGGVGKSAL TIQLIQNHFVDEYDPTIED SYRKQVVIDGETCLLDILD TAGQEEYSAMRDQYMRTGE GFLCVFAINNTKSFEDIHQ YREQIKRVKDSDDVP

近畿大学農学部生命情報学生体高分子の立体構造とその予測 Ras MTEYKLVVVGAGGVGKSAL TIQLIQNHFVDEYDPTIED SYRKQVVIDGETCLLDILD TAGQEEYSAMRDQYMRTGE GFLCVFAINNTKSFEDIHQ YREQIKRVKDSDDVP 近畿大学農学部生命情報学生体高分子の立体構造とその予測 Ras MTEYKLVVVGAGGVGKSAL TIQLIQHFVDEYDPTIED SYRKQVVIDGETCLLDILD TAGQEEYSAMRDQYMRTGE GFLCVFAITKSFEDIHQ YREQIKRVKDSDDVPMVLV GKCDLAARTVESRQAQDL ARSYGIPYIETSAKTRQGV EDAFYTLVREIRQH