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α-淀粉酶性能与结构关系的生物信息学研究

张革新  
【摘要】:这篇文章用生物信息学方法研究了α-淀粉酶性能和结构之间的关系。 1.α-淀粉酶总体特征建立了α-淀粉酶库和每一界的库,得到:(1)α-淀粉酶的平均长度是525.35484。从细菌,古菌,到真核生物,序列长度减小。不同界α-淀粉酶的平均长度是:细菌, 609.79832;古菌, 508.68182;真核生物, 477.17085。序列的最大长度:细菌, 1826;古菌, 732;真核生物, 721。(2)与普通蛋白质比较发现:α-淀粉酶中的组氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、谷酰胺、精氨酸、丝氨酸、苏氨酸和缬氨酸,它们的含量与普通蛋白质基本相同;丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸和亮氨酸,它们的含量大于普通蛋白质中对应的氨基酸含量,其中半胱氨酸含量是普通蛋白质中2倍。天冬氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、天冬酰胺、色氨酸和酪氨酸小于普通蛋白质中对应的氨基酸含量,其中色氨酸含量仅是普通蛋白质中一半。(3)在三界中,苯丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、精氨酸、缬氨酸和色氨酸的含量相同。从古菌到真核生物,谷氨酸、亮氨酸和酪氨酸的含量依次降低;而甘氨酸、天冬酰胺和丝氨酸的含量依次升高。(4)由谷氨酸、亮氨酸、谷酰胺和苏氨酸这四种氨基酸组成的氨基酸对的散点图,可以大概判断出α-淀粉酶属于哪一界。 2.α-淀粉酶最适pH构建了α-淀粉酶pH序列库。(1)用氨基酸的百分含量预测α-淀粉酶pH。文献值从3.5到9.0;对应的预测值从4.94415到7.86983。方程的相关系数为0.68341;标准偏差为0.77695。预测了α-淀粉酶序列库中没有文献值α-淀粉酶最适pH值,从3.85781到10.95326,数值在合理的范围。(2)氨基酸的百分含量与α-淀粉酶最适pH的关系。氨基酸对α-淀粉酶最适pH值影响可分为三类:影响较大有十三种;影响中等有四种;影响较小有三种。带电荷的氨基酸,增加它们的含量将会显著提高α-淀粉酶pH。脂肪族氨基酸,增加它们的含量将会显著降低α-淀粉酶pH。(3)α-淀粉酶pH的相关二肽和特征二肽。α-淀粉酶pH的相关二肽有8个;在碱性α-淀粉酶低含量特征二肽中,有5个与丝氨酸有关;在弱碱性α-淀粉酶的高含量特征二肽中也有5个丝氨酸有关;共性二肽为CC、CF、MH、CQ、CK、CH、HC、HN、WC、CY、AC、KC、GC、CP、LC、QT、FC、WH、QC和RR;从高含量特征二肽来看,弱碱性最显著,中性最不显著。从低含量二肽来看,碱性的最显著,中性的最不显著。 3.α-淀粉酶最适温度构建了α-淀粉酶温度序列库。(1)用氨基酸的百分含量预测α-淀粉酶温度。文献值从37°C到100°C;对应的预测值从21.35196°C到106.30676°C。预测了α-淀粉酶序列库中没有文献值α-淀粉酶最适温度值,从17.93274°C到117.8403°C。预测值与文献值相当吻合。方程的相关系数为0.95971。(2)氨基酸的百分含量与α-淀粉酶温度的关系。发现半胱氨酸对α-淀粉酶最适温度影响的最大。在十种影响强的氨基酸中有八种是极性氨基酸;在影响弱的九种氨基酸中只有三种是极性氨基酸。大多数氨基酸会降低α-淀粉酶的最适温度。(3)α-淀粉酶温度的相关二肽和特征二肽。共有63个与α-淀粉酶的最适温度线性相关的二肽;在高温α-淀粉酶的高含量特征二肽中,有5个与赖氨酸有关;在中高温α-淀粉酶低含量特征二肽中,有5个与赖氨酸有关;共性二肽为CQ、CF、CK、CY、CH、CC、WC、QP、AE、LC、PC、TP、AM、QL、ET、EQ、CV、AC、KC和QM。从高含量二肽来看,


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