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《江南大学》 2005年
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木聚糖酶蛋白质序列分析、分子进化和分子模拟

刘亮伟  
【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。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:O629.73

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