產(chǎn)甲烷桿菌耐熱性與序列結構關系的生物信息學研究.pdf

1、嗜熱蛋白是一類主要來源于嗜熱微生物的熱穩(wěn)定蛋白，能夠在高溫下長時間保持活性而不變性。通過對嗜熱蛋白(熱穩(wěn)定蛋白)和極端嗜熱蛋白與其對應的常溫菌中的同類蛋白的比較研究發(fā)現(xiàn)，其中的大多數(shù)在結構、功能甚至活性作用位點都是極其相似的，但在熱穩(wěn)定性方面卻有著極大的差異。如果能清楚了解嗜熱蛋白的熱穩(wěn)定機理，對于人們深入理解蛋白質的折疊、結構與功能，進化以及在蛋白質工程中對蛋白質分子的定向設計和改造有著重要的意義。因此本章選取三種不同溫度下的產(chǎn)甲烷桿

2、菌，對他們的序列和結構進行分析，尋找耐熱的原因。 本文運用了Genbank數(shù)據(jù)庫、COG數(shù)據(jù)庫、PDB數(shù)據(jù)庫、PIR和PSD數(shù)據(jù)庫，利用Matlab語言分析幾個數(shù)據(jù)庫中的產(chǎn)甲烷桿菌的序列和結構，尋找影響產(chǎn)甲烷桿菌耐熱性的因素。并用BP神經(jīng)網(wǎng)絡和支持向量機預測了產(chǎn)甲烷桿菌的蛋白質耐熱性。 首先研究了三種產(chǎn)甲烷桿菌的基因序列的特性，主要統(tǒng)計了密碼子的偏好性和CG含量。在蛋白質的編碼基因中，不但包含了所編碼的20種氨基酸的信息

3、，而且還隱藏著一些影響和制約蛋白質高級結構的信息。因此，這些信息的發(fā)現(xiàn)有助于提高蛋白質結構預測的準確性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)密碼子的偏好性與密碼子缺失率成正相關，他們也與產(chǎn)甲烷桿菌的耐熱性成正相關。 接著對蛋白質一級結構進行了統(tǒng)計，包括蛋白質一級結構的長度和含量，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)耐熱蛋白的長度較長，并有較多的荷電殘基等特性，從眾多的蛋白質一級結構中選出具有明顯耐熱和非耐熱特性的蛋白和常溫蛋白，提取這些蛋白質一級結構的特征訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡，訓練好

4、的網(wǎng)絡用于預測蛋白質一級結構的耐熱性，耐熱性的預測結果比較理想，三種產(chǎn)甲烷桿菌局部預測率可達86.7％、63.4％和93.3％。 從PDB數(shù)據(jù)庫中下載有關蛋白質二級結構的信息，分析和統(tǒng)計8種結構的耐熱特性，發(fā)現(xiàn)嗜熱菌中含有較多的α-螺旋和較少的β-折疊。提取耐熱顯著的特性，輸入支持向量機預測蛋白質二級結構的耐熱性，從預測結果可發(fā)現(xiàn)雖然沒有蛋白質一級結構預測理想，但是三種結構是可分的。 把代表三種菌的具有耐熱和非耐熱特性的

5、基因序列翻譯成蛋白質一級結構，提取耐熱特征向量后輸入訓練好的預測蛋白質一級結構耐熱性的BP神經(jīng)網(wǎng)絡中，發(fā)現(xiàn)具有基因耐熱特征的序列翻譯成蛋白質一級結構也同樣具有蛋白質一級結構的耐熱特性。用組合DIMLP網(wǎng)絡和網(wǎng)絡工具相結合的方法預測具有代表三種菌耐熱和非耐熱特征的蛋白質一級結構序列的蛋白質二級結構，統(tǒng)計預測出來的蛋白質二級結構的特征，并提取特征向量輸入預測蛋白質二級結構的支持向量機預測耐熱性。通過統(tǒng)計的方法發(fā)現(xiàn)由具有蛋白質一級結構的耐熱性