GRAVY 疏水性计算器
对序列中每个残基的 Kyte-Doolittle 疏水性值取平均,得到其 GRAVY 分数。教育参考,不构成医疗建议。
序列分析
计算器输入项
这是一个数学与实验室参考工具。它不进行诊断、治疗或剂量推荐,也不构成医疗建议。
GRAVY 分数,也叫疏水性的总平均,是一个蛋白质或多肽的平均疏水性值,使用 Kyte 和 Doolittle 在 1982 年发表的标尺。它是被引用得最多的、用来表示一条链整体有多疏水的单个数字。
正值表示平均残基偏好避开水,负值表示平均残基偏好接触水。在血浆相中循环的多肽往往取负值,而跨膜片段以及强疏水的多肽取正值。
它是一个平均值,所以会掩盖内部结构。一条多肽可以两端强疏水、中间亲水,而平均下来是零。
为什么平均值把长度除掉了,而这掩盖了什么
普通的算术平均有一个方便的后果和一个危险的后果。方便的后果是:一条长链不会仅仅因为更长就更疏水,每一个残基无论位置和上下文如何都带同样的权重。危险的后果是:平均值对顺序没有记忆。前三分之一强疏水、其余部分强亲水的链,与残基交替排列的链给出相同的分数,而这两个分子呈现在水面前的是完全不同的表面。
Kyte-Doolittle 的数值是排序判断而不是实测能量,这正是对它们取平均在原则上说得通的原因。它们被赋值成让标尺从一端强亲水走到另一端强疏水,并且在构造上关于零对称。把它们当成对残基行为的一种排序是站得住脚的,把由此得到的平均值当成自由能、溶解度或分配系数则不是; GRAVY 分数指南 明确写出了这个指数从哪里开始不再有意义。
一个残基与整个标尺跨度相比能起多大作用
单次替换能把分数推动多少,值得算一算而不是靠猜。Kyte-Doolittle 标尺从一端到另一端跨越九个点,所以替换一个残基最多能把和推动这么多个点。再除以长度,一个残基能产生的最大影响就是九除以 n:在四残基的链上略多于两个点,在四十残基的链上则是四分之一个点。因此长链上的一次替换在分数上是小变化,而两条特意选得不同的序列之间的差距通常要大上好几倍。
这种不对称是把 GRAVY 当作给序列排序的方式而不是测量手段的实用理由。长肽两个版本之间报出 0.1 的变化,几乎从来不是那个有意思的差别。有意思的是符号改变,或者 1 以上的移动。 Boman 指数计算器 从另一张系数表出发讲的是同一件事, 脂肪族指数计算器 则用二十种残基里的四种又讲了一遍。
平均下来什么都没有的两亲排列
平均值最清楚的失效场合是两亲性螺旋。α 螺旋每圈大约有 3.6 个残基,所以相隔三或四个位置的残基会落在它大致相同的那一面上。把这些位置安排成疏水残基、其余位置安排成极性残基而构成的螺旋,是货真价实而且很强的两亲性:一面与水相互作用,另一面不与水相互作用。跨整条链平均之后,两组残基互相抵消,所以一条彻底两亲的多肽的分数可以非常接近零。
计算本身没有错。平均值被问了一个它回答不了的问题,也就是残基的平均行为,而不是这些残基在空间里如何排列。对于折叠的球状蛋白质,平均值是一个合理的简写,因为埋藏是散布在整个结构里的。对一条短的线性多肽,它只是一个经验性的近似。如果问题是这条链在化学上有多少属于非极性,那么计数是更好的工具,而 疏水残基比例计算器 不需要任何平均就给出答案。
这个分数对多肽说了什么,又没说什么
按字面读,GRAVY 分数只说了一件事:所出现残基的表中疏水性值的平均值。大于零时平均残基偏好非极性的环境,小于零时它偏好水。这是对输出完整而准确的陈述,而值得把它保持得这么小,因为叠在它上面的每一种更大的解释都是这项计算并没有做出的推断。
具体来说,它对一个作为浓度的溶解度什么也没说,对聚集什么也没说,对结合什么也没说,对结构什么也没说。分数相同的两条多肽在上述每一方面都可以不同。当必须把某一条序列性质与其他组成描述量放在一起看时, 带电残基比例 通常是最能改变解释的那一个,因为在中等 pH 下支配水中行为的是电荷而不是平均疏水性。而这一切里面长度都是除数,那个数字就在 肽长度计算器 上确定。
本计算器的工作原理
Kyte-Doolittle 标尺上,二十种残基每一种都带一个固定的疏水性数值,标尺的选择使它从负端的强亲水走到正端的强疏水。异亮氨酸最正,为 4.5;精氨酸最负,为 -4.5;这些数值在构造上关于零对称。
GRAVY 分数是逐残基数值的算术平均,所以一条长链不会仅仅因为更长就更疏水。每一个残基都只数一次。
这个标尺是从观测到的分配行为导出的溶解性判断,它是一把标尺而不是一次测量。它的单位是无量纲的指数点。
公式
-
GRAVY = (h1 + h2 + ... + hn) / n
- hi
- 第 i 个残基的 Kyte-Doolittle 疏水性值
- n
- 残基的个数
这是普通的算术平均,不是按长度加权的平均。
完整算例
AGDE 的 GRAVY
仅为算例。所选数字是为了便于核对运算过程,并不代表剂量、方案或任何建议。
已知
- 序列
- AGDE
- Kyte-Doolittle 数值
- A 1.8, G -0.4, D -3.5, E -3.5
- 把数值加起来
- 代入
- 1.8 + (-0.4) + (-3.5) + (-3.5)
- 结果
- -5.6
- 除以长度
- 代入
- -5.6 / 4
- 结果
- -1.40
这说明了什么
-1.40 的分数整体上是亲水的,而把它拉到那里的是两个带电的羧基残基。丙氨酸 1.8 和甘氨酸 -0.4 对平均值几乎没有影响。一种带电残基就能主导一条短多肽的平均值。
理解各项输入
- 氨基酸序列
- 这条链,用单字母代码写成。
- 注意: 二十种以外的任何字母都会被拒绝,因为没有可以赋给它的疏水性数值。
理解各项输出
- GRAVY 分数
- 平均疏水性。大于零表示整体疏水,小于零表示整体亲水。数值通常报到小数点后两位。
单位说明
- Hydropathy
- “Hydropathy” 指对水环境或非极性环境的相对偏好。它是无量纲的,因为它是一种排序而不是实测能量。
- GRAVY
- “GRAVY” 是疏水性总平均,也就是这个平均疏水性指数的名称。
常见错误
- 把 GRAVY 分数当成溶解度的测量。它是一把任意标尺上的平均值,分数相同的两条多肽可以有很大不同的溶解度。
- 忽略平均值背后的分布。按疏水性给残基排序并看其模式,对任何不是球状蛋白质的东西都比那一个平均值更有信息量。
- 拿用另一把标尺算出的 GRAVY 值作比较。Kyte-Doolittle、Eisenberg 和 Hopp 三把标尺对同一条序列给出不同的数字,而且这些标尺都有人在用。
重要局限
- 这把标尺是经验性的,原本是为球状蛋白质导出的。对一条短的线性多肽,它是一个经验近似,而不是具有精确含义的性质。
- 它假定平均残基是一个合理的概括,这对两亲性螺旋和折叠结构都不成立。
- 它对三维结构什么也没说,而真正决定溶液中行为的是三维结构。
常见问题
What does the GRAVY calculator compute?
GRAVY stands for grand average of hydropathy: the calculator averages the Kyte and Doolittle hydropathy value of every residue in the sequence into a single score.
How do I use the GRAVY calculator?
Enter a peptide sequence. The calculator returns the mean GRAVY value.
What method does the GRAVY calculator use?
The Kyte and Doolittle (1982) hydropathy scale, the same reference scale used by ExPASy ProtParam and most sequence analysis tools for this statistic.
How do I interpret a GRAVY score?
A positive GRAVY value indicates a generally hydrophobic sequence on average; a negative value indicates a generally hydrophilic one. The scale itself runs roughly from -4.5 to +4.5 per residue.
What units does the GRAVY calculator use?
It is a dimensionless average of the Kyte-Doolittle per residue scale values, not a physical unit like a mass or concentration.
How is the GRAVY calculator different from the hydrophobic residue fraction calculator?
GRAVY averages a continuous per residue hydropathy score; the hydrophobic fraction calculator instead reports what percentage of residues fall into the nonpolar or aromatic side chain classes, a discrete count based measure rather than a continuous average.
Does GRAVY account for sequence order or secondary structure?
No, it is a simple unweighted mean over composition, with no consideration of folding, exposure, or residue position in the chain.
Is the GRAVY calculator free to use?
Yes. The gravy score calculator runs entirely client side in your browser.