CN1996238A - 一种蛋白质水解生产活性肽的分析程序 - Google Patents
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Abstract
一种蛋白质水解生产活性肽的分析程序，属于生物活性肽技术领域和计算机领域。本发明利用MS Access软件分别建立蛋白质数据库、活性肽数据库和蛋白酶数据库，利用MS VB软件编写“生物活性肽搜寻与酶解模拟系统”程序，使程序具有调用后台的三个数据库，进行读取、分析蛋白质数据库、活性肽数据库、蛋白酶数据库，实现活性肽搜寻、活性肽功能预测、蛋白质模拟水解等功能。程序人机界面显示输入、输出信息，并把分析结果存储在相应的文件中。本发明将现代生物信息学技术与计算机技术相结合，使酶法水解蛋白质制备生物活性肽的工作上升至定性、定量的水平。
Description
技术领域
一种蛋白质水解生产活性肽的分析程序，本发明属于生物活性肽技术领域和计算机领域，属于计算机、生物信息的应用。
背景技术
蛋白质营养学一直是建立在氨基酸的基础上，认为人体摄入蛋白质后首先分解成游离的氨基酸，经人体吸收后再合成人体需要的各种物质。现代营养学研究表明，蛋白质经消化道酶的作用后，释放出大小不等的肽段，这些肽段直接被肠道吸收，具有生物活性作用，调节生理活动。活性肽的功能与其氨基酸组成与排列有关，不同蛋白质的一级结构含有不同功能的肽片段。因此，在酶法水解蛋白质生产功能性活性肽的过程中，蛋白质原料的选择是生产相应功能活性肽的基础，而选择具有不同酶解位点的酶，却是生产活性肽的关键。迄今，有关获得生物活性肽的大量研究，主要集中在蛋白质和蛋白酶的筛选以及酶解条件的优化上，研究者往往随机选择蛋白质与蛋白酶。然而，随着生物信息学的发展及生物活性肽研究的深入，越来越多蛋白质的一级结构及活性肽的氨基酸序列得到阐明，蛋白酶的酶切位点也越来越明确，为从原料蛋白质中寻找已知序列的生物活性肽提供了基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种蛋白质水解生产活性肽的分析程序，通过现代生物信息学技术与计算机技术相结合，使酶法水解蛋白质制备生物活性肽的工作上升至定性、定量的水平。
本发明的技术方案：利用MS Access软件分别建立蛋白质数据库、活性肽数据库和作为系统的后端数据库的蛋白酶数据库，蛋白质数据库中存储常见食物蛋白质氨基酸的一级序列等信息，活性肽数据库存储活性肽的氨基酸序列等信息，蛋白酶数据库存储蛋白酶的酶切位点等信息。
利用MS VB软件编写“生物活性肽搜寻与酶解模拟系统”程序，使程序具有调用后台的三个数据库，进行读取、分析蛋白质数据库、活性肽数据库、蛋白酶数据库，实现活性肽搜寻、活性肽功能预测、蛋白质模拟水解等功能。程序人机界面显示输入、输出信息，并可把分析结果存储在相应的文件中。
(1)活性肽搜寻：在程序打开之后输入要搜寻的目标肽序列，选择要搜寻的目标蛋白以后，点击“简单搜寻”或者“详细搜寻”，程序界面相应给出搜寻结果，用于初步预测目标蛋白中目标肽的含量。
(2)活性肽功能预测：输入目标肽序列，程序通过把序列已知，但功能未知的目标活性肽与活性肽库中肽进行比较，比对目标肽与肽库中已知序列、已知功能肽的重合度，输出信息，预测目标活性肽的功能。
(3)蛋白质模拟水解：选择目标蛋白和选择用来水解目标蛋白的酶后，程序在计算机上模拟选定酶的酶切位点水解目标蛋白，并对水解的片段与肽库中已知序列、已知功能的肽进行重合度比对，程序界面给出预测水解片段的功能。
蛋白质数据库内容为：大米蛋白质2550条、小麦面筋蛋白质767条、黄豆蛋白质1932条、花生蛋白质393条、玉米7673条、绿豆蛋白质157条、豇豆206条、豌豆783条、毛豆5条；燕麦123条、荞麦29条、牛奶626条、马铃薯3554条、红薯562条、山药73条、茭白17条、金针菜2条、金针菇5条、香菇67条、无花果2656条、杏119条、椰子45条、栗子143条、南瓜子192条、杏仁434条、榛子626条。
活性肽数据库内容为：抗菌肽735种、血管紧张素转化酶抑制肽357神、免疫调节肽137种、阿片肽76种，抗菌肽序列比较长，一般不低于30个氨基酸，其它活性肽序列长度从2到20个氨基酸不等，组成的氨基酸均为常见的20种L型氨基酸，而且氨基酸侧链不带任何修饰。
蛋白酶数据库内容为：EC 3.4.23.1、EC 3.4.23.2、EC 3.4.23.3、EC 3.4.21.83、EC 3.4.24.40、EC 3.4.21.80、EC 3.4.21.63、EC 3.4.21.64、EC 3.4.21.81以及胰蛋白酶的酶切位点：
EC 3.4.23.1：Phe1-Val，Gln4-His，Glu13-Ala，Ala14-Leu，Leu15-Tyr，Tyr16-Leu，Gly23-Phe，Phe24-Phe，Phe25-Tyr；
EC 3.4.23.2：Phe1-Val，Gln4-His or Gly23-Phe；
EC 3.4.23.3：preferential cleavage at Tyr bonds；
EC 3.4.21.83：Hydrolysis of-Arg，-Lys bonds；
EC 3.4.24.40：Preferential cleavage of bonds with hydrophobic residues；
EC 3.4.21.80：Hydrolysis of proteins with specificity similar to chymotrypsin；
EC 3.4.21.63：Hydrolysis of proteins with broad specificity；
EC 3.4.21.64：Hydrolysis of keratin，and of other proteins with subtilisin-likespecificity.Hydrolyses peptide amides；
EC 3.4.21.81：Hydrolysis of proteins with trypsin-like specificity。
分析程序还包括如下功能：
氨基酸转换功能：实现氨基酸单个字母、三个字母及中文名称的自动转换。
分子量计算器：用来计算模拟水解蛋白后的片段分子量，统计各范围的分子量百分含量，氨基酸分子量如下：G 70.05、A 89.06、V 117.09、L 131.11、I 131.11、M 149.15、P 115.09、F 165.09、W 204.11、S 105.06、T 119.18、N 132.6、Q 146.08、Y 181.09、C 121.12、K 146.13、R 174.4、H 155.09、D 133.6、E 147.08。
本发明的有益效果：本发明将现代生物信息学技术与计算机技术相结合，使酶法水解蛋白质制备生物活性肽的工作上升至定性、定量的水平。通过计算机对大量蛋白质序列的分析预测功能肽的含量，通过蛋白酶模拟水解蛋白得到的水解结果，预测可获得功能性活性肽的种类、数量。使蛋白水解法得到活性肽的实验或者生产减少劳动强度、提高效率。
附图说明
图1活性肽的搜寻功能开始界面图。
图2活性肽的搜寻功能结果界面图。
图3模拟水解功能开始界面图。
图4模拟水解功能结果界面图。
图5活性肽功能预测界面图。
图6氨基酸转换界面图。
图7分子量计算器界面图。
具体实施方式
实施例1活性肽的搜寻
活性肽的搜寻功能：程序通过调用常见的食物蛋白质数据库，把输入的目标活性肽序列进行搜索，搜索结束后把结果以文本文件的形式保存。程序提供两种搜寻方式：“简单搜寻”和“详细搜寻”，前者统计的资料少，主要提供各种蛋白质中关于所要搜寻的活性肽含量信息，适合于前期蛋白质中活性肽含量的初步评估；后者是继之锁定几种目标活性肽含量高的蛋白质后进一步搜寻，提供具体蛋白质链条所含目标肽序的数量、目标肽序在蛋白质序列中的位置。
实例：选择好绿豆蛋白，输入搜寻绿豆蛋白中是否含有ACE抑制肽KW序列的开始界面如图1，进度报告下面为空白。图2为程序对绿豆蛋白分析后所得程序结果界面，在进度报告下面显示出绿豆蛋白中含有KW序列22条，实施详细结果在C盘根目录下另有保存。
实施例2模拟水解功能
模拟水解功能：程序通过写入程序中的酶切位点，把选择的目标蛋白质进行酶切，即把从蛋白质库中选中的蛋白质水解成肽断。当水解完成后再以水解的蛋白质肽段逐个与肽库中的肽段比对，比对完成后程序生成结果文件，指出哪些水解片段证实具有活性功能的，哪些是预测具有活性功能的，哪些为未知功能的。同时提供所有水解片段的分子量、链长，为含20个氨基酸以内的肽段计算出等电点以及疏水性，为分离提供必要的信息。计算机模拟水解不受温度以及pH的影响，在模拟复酶或者多酶水解的工程中，模拟酶解的先后顺序对水解蛋白质的模拟水解结果没有影响，也不会影响最终产物。
实例：选择好绿豆蛋白、胰蛋白酶后未进行模拟水解前的程序开始界面如图3，进度报告显示空白。图4为模拟水解结束后的程序结果界面，进度报告显示对模拟水解总结的结果，实施详细结果在C盘根目录下另有保存。
实施例3活性肽功能预测
活性肽功能预测：任意输入一条活性肽序列，程序首先搜索肽库，如果肽库中已存在此相同的肽序列，则此肽的功能被输出界面；如果肽库中不存在此相同的肽序列，程序则根据该肽与已知功能的活性肽序列重合度判断该肽可能有何种功能。但仅能作简单的对比，如两种肽长短差别不多，而大部分都相同，则可以说两种肽功能相同。例如ACE抑制肽中的RPFHPW与RPFHPF，RPWHPW、RPIHPW有一个氨基酸不同，YP、YPR、YPRY、LYP、IYP，YLYEIA、YLYEIAR、YLYEIARR；阿片肽中外啡肽A1 GYYP与外啡肽A5 GYYPT，RYLGYL、RYLGYLE，YGGFLRR、YGGFLRRI、YGGFLRRIR、YGGFLRRIRFKLK、YGGFLRRIRFKLKWDNQ，YPFP、YPFPG、YPFPGPI、YPFPGPIPNSL；免疫肽中的RKD、RKDLY、RKDLYANT，RKDV、RKDVY、RKDVYR，TKPL、TKPQ、TKPR、TKPRG这些功能相同的活性肽，其头部、尾部、中间具有相同的氨基酸序列。因此，可以推测两种肽中大部分序列相同而仅仅部分不同两者具有相同的功能。
实例：VR这个肽序列预测功能后的界面如图5，实施详细结果在C盘根目录下另有保存。
Claims (5)
1、一种蛋白质水解生产活性肽的分析程序，其特征是利用MS Access软件分别建立蛋白质数据库、活性肽数据库和作为系统的后端数据库的蛋白酶数据库，蛋白质数据库中存储常见食物蛋白质的氨基酸一级序列信息，活性肽数据库存储活性肽的氨基酸序列信息，蛋白酶数据库存储蛋白酶的酶切位点信息；
利用MS VB软件编写“生物活性肽搜寻与酶解模拟系统”程序，使程序具有调用后台的三个数据库，进行读取、分析蛋白质数据库、活性肽数据库、蛋白酶数据库，实现活性肽搜寻、活性肽功能预测与蛋白质模拟水解的分析功能，程序人机界面显示输入、输出信息，并把分析结果存储在相应的文件中；程序功能为：
(1)活性肽搜寻：在程序打开之后输入要搜寻的目标肽序列，选择要搜寻的目标蛋白以后，点击“简单搜寻”或者“详细搜寻”，程序界面相应给出搜寻结果，用于初步预测目标蛋白中目标肽的含量；
(2)活性肽功能预测：通过把序列已知，但功能未知的目标活性肽与活性肽库中肽进行比较，比对目标肽与肽库中已知序列、已知功能的肽重合度，预测目标活性肽的功能；
(3)蛋白质模拟水解：选择目标蛋白后再选择用来水解目标蛋白的酶后，程序在计算机上模拟选定酶的位点水解目标蛋白，并对水解的片段与肽库中已知序列、已知功能的肽进行重合度比对，程序界面给出预测水解片段的功能。
2、根据权利要求1所述的分析程序，其特征是蛋白质数据库内容为：大米蛋白质2550条、小麦面筋蛋白质767条、黄豆蛋白质1932条、花生蛋白质393条、玉米7673条、绿豆蛋白质157条、豇豆206条、豌豆783条、毛豆5条；燕麦123条、荞麦29条、牛奶626条、马铃薯3554条、红薯562条、山药73条、茭白17条、金针菜2条、金针菇5条、香菇67条、无花果2656条、杏119条、椰子45条、栗子143条、南瓜子192条、杏仁434条、榛子626条。
3、根据权利要求1所述的分析程序，其特征是活性肽数据库内容为：抗菌肽735种、血管紧张素转化酶抑制肽357种、免疫调节肽137种、阿片肽76种，抗菌肽序列比较长，一般不低于30个氨基酸，其它活性肽序列长度从2到20个氨基酸不等，组成的氨基酸均为常见的20种L型氨基酸，而且氨基酸侧链不带任何修饰；
4、根据权利要求1所述的分析程序，其特征是蛋白酶数据库内容为：
EC 3.4.23.1、EC 3.4.23.2、EC 3.4.23.3、EC 3.4.21.83、EC 3.4.24.40、EC3.4.21.80、EC 3.4.21.63、EC 3.4.21.64、EC 3.4.21.81以及胰蛋白酶的酶切位点：
EC 3.4.23.1：Phe1-Val，Gln4-His，Glu13-Ala，Ala14-Leu，Leu15-Tyr，Tyr16-Leu.Gly23-Phe，Phe24-Phe，Phe25-Tyr；
EC 3.4.23.2：Phe1-Val，Gln4-His or Gly23-Phe；
EC 3.4.23.3：preferential cleavage at Tyr bonds；
EC 3.4.21.83：Hydrolysis of-Arg，-Lys bonds；
EC 3.4.24.40：Preferential cleavage of bonds with hydrophobic residues；
EC 3.4.21.80：Hydrolysis of proteins with specificity similar to chymotrypsin；
EC 3.4.21.63：Hydrolysis of proteins with broad specificity；
EC 3.4.21.64：Hydrolysis of keratin，and of other proteins with subtilisin-likespecificity；Hydrolyses peptide amides；
EC 3.4.21.81：Hydrolysis of proteins with trypsin-like specificity。
5、根据权利要求1所述的分析程序，其特征是分析程序还包括如下功能：氨基酸转换功能：实现氨基酸单个字母、三个字母以及中文名称的自动转换；分子量计算器：用来计算模拟水解蛋白后的片段分子量，统计各范围的分子量百分含量。
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|---|---|---|---|---|
| CN102567653A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 基于Pathway蛋白质组学的质谱优选肽段自动挑选方法 |
| CN103194519A (zh) * | 2013-04-27 | 2013-07-10 | 江南大学 | 一种豌豆蛋白酶解制备抗氧化肽的方法及应用 |
| CN112768002A (zh) * | 2019-10-21 | 2021-05-07 | 富士通株式会社 | 用于搜索肽分子的修饰位点的方法、设备以及记录介质 |
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| CN112768002A (zh) * | 2019-10-21 | 2021-05-07 | 富士通株式会社 | 用于搜索肽分子的修饰位点的方法、设备以及记录介质 |
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