木聚糖酶蛋白质序列分析、分子进化和分子模拟

论文题目: 木聚糖酶蛋白质序列分析、分子进化和分子模拟

论文类型: 博士论文

论文专业: 发酵工程

作者: 刘亮伟

导师: 邵蔚蓝

关键词: 木聚糖酶,序列分析,温度,分子进化,分子模拟

文献来源: 江南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 木聚糖酶随机水解木聚糖主链的β-1,4-糖苷键,同五碳糖的循环相联系。广泛应用在工业生产领域,同纤维素酶联合使用可以用来转化环境友好燃料-乙醇,利用自然界的可再生资源:纤维素和半纤维素。然而工业生产条件往往比较苛刻,使得木聚糖酶的利用受到很大限制。除了筛选合适菌种外,人们希望利用蛋白质工程手段改造木聚糖酶性质。这就需要了解蛋白质序列同蛋白质功能和空间结构的相关知识,本文用计算分子生物学方法对木聚糖酶的蛋白质序列进行了分析。首先,构建木聚糖酶数据库,从Swiss-prot蛋白质数据库中收集木聚糖酶蛋白质序列,从相关文献中查找对应于每一条木聚糖酶序列的最适温度和最适pH。为了在木聚糖酶空间结构中查找相应氨基酸位置,从PDB蛋白质结构数据库中收集已经测得晶体结构的木聚糖酶原子坐标。通过对木聚糖酶蛋白质序列与最适温度的相关性分析,发现与F/10木聚糖酶最适温度呈正相关性的氨基酸二联体有:GH、TD、WY;呈负相关性的有:GA、IA、FH、LH、NH、SR。从晶体结构上看,这些有关的氨基酸二联体大多位于蛋白质的α-螺旋区域,位于蛋白质分子表面,与溶液环境相接触;另外一些氨基酸则位于β-折叠片与α-螺旋交界处和无规则区域,影响蛋白质空间构象变化,常常同蛋白质稳定性有关;另外也影响与底物的结合程度。没有出现在折叠片区域,因为这些β-折叠片结构构成了F/10木聚糖酶活性中心区域。发现与G/11木聚糖酶最适温度呈正相关性的氨基酸二联体有:LA、LG、CD、GD、RY、CH;呈负相关性的有:DC、YP、YI、CP。从空间结构上看,这些有关的氨基酸大部分位于G/11木聚糖酶β-折叠片的转折区域,位于蛋白质分子表面。这些区域是影响蛋白质构象变化的主要部位,是弹性变化最大的区域,容易受到溶液环境变化的影响。通过对木聚糖酶蛋白质序列与最适pH的分析,发现与F/10木聚糖酶pH值呈现正相关性的氨基酸二联体有:HQ、RQ、DL、SL、NQ,呈负相关性的有:GQ、PE、VE、TL、AE。同晶体结构相比较,发现有关的氨基酸二联体很多位于α-螺旋与β-折叠片相连接的区域:转角和无规则区域;有些位于α-螺旋区域,还有一些位于纤维素结合结构域。但是在β-折叠片区域却没有发现有关的氨基酸二联体。发现与G/11木聚糖酶最适pH值呈现负相关性的氨基酸二联体是YS,呈现正相关性的有:SY、GR、MR、KR。发现几乎所有的SY、YS、KR氨基酸二联体都位于木聚糖酶的Ser/Thr区域,一些位于外表面,另一些位于内表面。在G/11木聚糖酶晶体结构中找到了相应的Ser/Thr表面,对于引入精氨酸而提高了木聚糖酶pH的酶工程结果做出了合理解释。通过对F/10木聚糖酶和G/11木聚糖酶蛋白质序列进行主成分分析,找到了与各家族蛋白质序列有关的主要成分,并作为区分这两个家族的因子,建立了鉴别方程。可以很好区分这两个家族的木聚糖酶,并对鉴别方程中的主要成分进行了二级结构的判断。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章绪论

1.1 木聚糖酶和半纤维素

1.2 木聚糖酶的应用

1.2.1 在纸浆造纸工业中应用

1.2.2 在动物饲料中的应用

1.2.3 在食品工业中的应用

1.2.4 在烘焙食品中的应用

1.2.5 与植物的防御反应有关

1.2.6 在制备功能性低聚糖中的应用

1.2.7 在转化环境友好燃料-乙醇中的应用

1.2.8 在临床上同酶-过敏原相关

1.2.9 其它方面的应用

1.3 木聚糖酶的分类和结构

1.4 木聚糖酶的作用机理

1.5 木聚糖酶基因的调节

1.6 木聚糖酶工程

1.6.1 氨基酸修饰在木聚糖酶活性位点研究中的应用

1.6.2 定点突变(SDM)在结构-功能分析中的应用

1.6.3 定点突变(SDM)在改造木聚糖酶性质方面的应用

1.6.4 蛋白质工程在木聚糖酶pH值方面的研究

1.6.5 蛋白质工程在木聚糖酶热稳定性方面的研究

1.7 目前的问题

1.7.1 木聚糖酶作用温度

1.7.2 木聚糖酶作用pH值

1.7.3 底物特异性

1.7.4 木聚糖酶活性和产量

1.8 研究内容

参考文献

第二章木聚糖酶数据库的构建

2.1 木聚糖酶蛋白质序列的收集

2.2 木聚糖酶最适pH值和最适温度的收集

2.3 木聚糖酶三维结构数据的收集

参考文献

第三章木聚糖酶氨基酸二联体同最适温度的关系

3.1 前言

3.1.1 木聚糖酶最适温度在工业应用中的作用

3.1.2 酶热稳定性的研究

3.1.3 木聚糖酶最适温度的选择

3.2 材料和方法

3.3 F/10家族木聚糖酶氨基酸二联体同最适温度的关系

3.3.1 结果

3.3.1.1 F/10 木聚糖酶进化树的分析

3.3.1.2 最优回归方程

3.3.1.3 方程有效性和最大/最小温度的计算

3.3.2 讨论

3.3.2.1 对单个氨基酸的分析

3.3.2.2 对氨基酸二联体的分析

3.3.3 与F/10木聚糖酶最适温度有关的氨基酸二联体在空间结构中的位置

3.3.4 小结

3.4 G/11 家族木聚糖酶氨基酸二联体同最适温度的关系

3.4.1 结果

3.4.1.1 对G/11木聚糖酶进化树的分析

3.4.1.2 最优回归方程

3.4.1.3 方程有效性和最大/最小温度的计算

3.4.2 讨论

3.4.2.1 对单个氨基酸的分析

3.4.2.2 对氨基酸二联体的分析

3.4.3 与G/11木聚糖酶最适温度有关的氨基酸二联体在空间结构中的位置

3.5 两个木聚糖酶家族之间的比较

3.6 结论

参考文献

第四章木聚糖酶氨基酸二联体同最适pH 的关系

4.1 前言

4.1.1 木聚糖酶最适pH值在工业应用中的作用

4.1.2 对酶pH值的研究

4.2 材料和方法

4.3 F/10家族木聚糖酶氨基酸二联体同最适pH值的关系

4.3.1 结果

4.3.1.1 最优回归方程

4.3.1.2 方程的有效性和最大/最小pH值的计算

4.3.2 讨论

4.3.2.1 对单个氨基酸的分析.

4.3.2.2 对氨基酸二联体的分析.

4.3.3 与F/10 木聚糖酶最适pH 有关的氨基酸二联体在空间结构中的位置

4.3.4 回归方程的应用

4.3.5 小结

4.4 G/11 家族木聚糖酶氨基酸二联体同最适pH 值的关系

4.4.1 结果

4.4.1.1 最优回归方程

4.4.1.2 方程的有效性和最大/最小pH值的计算

4.4.2 讨论

4.4.2.1 对于单个氨基酸的分析

4.4.2.2 对于氨基酸二联体的分析

4.4.3 与G/11 木聚糖酶最适pH 有关的氨基酸在空间结构中的位置

4.4.4 两个木聚糖酶家族之间的比较

4.4.5 结论

参考文献

第五章主成分分析对F/10 和G/11 木聚糖酶的分类

5.1 前言

5.2 材料和方法

5.2.1 数据库的构建

5.2.2 氨基酸含量和主成分的计算

5.2.3 构建鉴别方程

5.2.4 方程的检验

5.3 结果和讨论

5.3.1 主要成分

5.3.2 鉴别方程

5.3.3 方程的有效性

5.3.4 主成分的意义

5.4 结论

参考文献

第六章木聚糖酶的分子进化

6.1 前言

6.2 材料和方法

6.2.1 数据库的构建

6.2.2 进化树的构建

6.2.3 木聚糖酶空间结构图的构建

6.3 结果和讨论

6.3.1 F/10 木聚糖酶家族分子进化

6.3.2 G/11 木聚糖酶家族分子进化

6.3.3 两个木聚糖酶家族之间的比较

6.4 结论

参考文献

第七章对海栖热袍菌木聚糖酶B 的分子结构模拟

7.1 分子模拟概述

7.2 海栖热袍菌木聚糖酶B

7.2.1 木聚糖酶B 的蛋白质序列

7.2.2 信号肽分析

7.3 海栖热袍菌木聚糖酶B 的分子模拟

7.3.1 分子模拟界面

7.3.2 递交需要模拟的蛋白质序列

7.3.3 寻找构建分子结构的模板

7.3.4 产生批处理文件

7.3.5 分子结构的组装

7.3.6 结构的优化

7.3.7 模拟结构的发送

7.4 对模拟的木聚糖酶B 结构分析

7.5 二级结构结构含量同木聚糖酶最适温度之间的关系

7.6 木聚糖酶B 活性中心

7.6.1 活性中心的查找

7.6.2 对已知结构F/10 木聚糖酶序列比对检查活性中心

7.6.3 活性中心在蛋白质结构中的位置

7.7 蛋白质分子模拟中的问题

7.7.1 模板选择

7.7.2 序列相似性较低的问题

7.7.3 结构的优化

参考文献

缩略语

致谢

博士期间发表文章

发布时间: 2006-07-20

参考文献

[1].蛋白质序列离散灰色模型及其在药物开发中的应用研究[D]. 林卫中.东华大学2013

木聚糖酶蛋白质序列分析、分子进化和分子模拟

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