模体分析结合动力学模拟搜索蝠蛾体内潜在的抗冻蛋白序列片段
发布时间：2021-10-19 16:48
抗冻蛋白（Antifreeze Proteins,AFPs）能非依数性的抑制冰晶生长与重结晶,产生热滞（Thermal hysteresis,TH）现象。抗冻蛋白可以保护生物细胞免受一定程度低温冻害的破坏。本文应用序列模体分析结合分子动力学模拟的方法,对生活在寒冷高海拔阿尔泰山区的一种蝠蛾（hepialusaltaicola）的全部转录组编码的蛋白质序列进行分析,发现了具有潜在热滞活性的蛋白质序列片段。研究结果为理解这种昆虫耐寒性的机制提供了一种思路,也为通过实验确定蝠蛾体内具有热滞活性的抗冻蛋白提供了理论参考。UniProt（Universal Protein,UniProt）中全部1175条AFPs序列中有昆虫AFPs130条。利用MEME（Multiple Em for Motif Elicitation,MEME）模体（motif）搜索软件分别对昆虫AFPs序列和全部AFPs序列进行模体搜索,比较后得到三条昆虫AFPs模体。这些模体的氨基酸R基团的化学结构各不相同,但疏水性氨基酸所占比例都很高。将三条昆虫AFPs模体分别与阿尔泰山蝠蛾转录组编码的蛋白质序列逐条进行BLAST（B...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
鱼类AFP类型（I、II、III和IV）之间的结构差异[6]
内蒙古大学硕士学位论文2树皮、叶子和花（Cheung等人在2017年进行了综述[18]）。尽管它们的氨基酸序列和结构不同，但都能够结合在冰晶的不同表面上[19]。1.1.2抗冻蛋白的作用机理对于AFPs的作用机理，人们广泛认同的是吸附-抑制理论：AFPs通过吸附在冰晶上与冰核结合并抑制冰晶重结晶来阻止冰晶生长，非依数地降低冰晶的生长点而不影响其熔点，产生热滞现象（Thermalhysteresis,TH），从而使生物体得以在恶劣环境中存活。2018年，Liu等人发现，来自巴斯德毕赤酵母的AFPs降低了水的冷冻温度，控制了冰晶大小，并减少了水合物冷冻造成的损害[20]。据报道，植物AFPs在保护植物细胞免受冻害方面也有类似的活性，例如，来自耐寒针叶树种的AFPs已经显示出抑制冰晶形成的特性[11]。昆虫AFPs降低溶液凝固点的能力也已得到充分证明[8]。有趣的是，这些生物中的AFPs结构，如海洋大头鱼、冬季比目鱼、甲虫、蛾和雪蚤彼此不同（图1.2）。图1.2不同分类群中抗冻蛋白之间的结构差异[6]Figure1.2Structuraldifferencesamongantifreezeproteinsindifferenttaxa1.1.3基于活性的抗冻蛋白分类AFPs根据与冰的结合位置，可分为中度活跃和极度活跃。中度活跃的AFPs结合到冰晶的棱柱面和棱锥面，并产生六边形双锥冰晶，而极度活跃的AFPs如昆虫AFPs则结合到冰晶的基面（图1.3），产生圆盘状冰晶[7,17,21]。与中度活跃的AFPs相比，极度活跃的AFPs与基面的结合可能对整个冰表面的冰晶生长产生更大的抑制作用，其热滞活性也高得多[7,22,23]。
内蒙古大学硕士学位论文3图1.3极度活跃抗冻蛋白与中度活跃抗冻蛋白的不同冰晶结合位点[6]Figure1.3Differenticecrystal-bindingsitesforhyperactiveversusmoderatelyactiveantifreezeproteins1.1.4基于热滞值的抗冻蛋白分类因AFPs导致的冰晶生长点和熔点的变化称为热滞后，AFPs也可以根据TH值进行分类，以指示其防冻活性水平。TH值较高的AFPs，如昆虫AFPs（TH值为5-10℃）被视为极度活跃[24]。如植物和鱼类的AFPs（TH值为0.2-0.6℃和1-2℃）被归类为中度活跃[5,25]。然而，极度活跃的AFPs并不一定比中度活跃的AFPs拥有更好的冷冻保存效果，例如，中度活跃的AFPs保护小鼠卵巢组织的效果是极度活跃的AFPs的十倍[26-28]。1.2抗冻蛋白的应用AFPs对溶液凝固点的降低是非依数性的，无论浓度如何，都不会显著改变溶液熔点[4,24,29]。有研究指出低浓度的AFPs对冰重结晶的有效抑制，并不同于普通的防冻剂，如甲醇、甘油或乙二醇，它们的凝固点与其浓度成比例降低[30,31]。AFPs由于其独特的能力，在冷冻保存、生物技术和食品工业应用中非常受欢迎[24]。向植物和动物的细胞、组织和器官中添加AFPs已被证明能提高冷冻保存效率[20,26]。在食品方面，AFPs改善了冰淇淋的质地[48]和腊肉的质量[25]；AFPs在转基因植物中的表达降低了其中冰的生长[8,9]。本文详细讨论了各种AFPs在动植物生物技术中的应用。1.2.1AFPs在冷冻保存中的应用应用冷冻保护剂，例如二甲基亚砜（DMSO）、甘油和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），植物和动物的细胞、组织和器官能够得到很好地冷冻保存。然而，由于细胞膜和器官膜对冷冻和解冻循环极其敏感，因此需要高浓度的这些化合物来使细胞溶质脱水并使循环中细胞内冰晶
【参考文献】：
硕士论文
[1]抗冻蛋白在冰晶表面吸附结合的分子动力学模拟[D]. 刘梅芳.内蒙古大学 2017
[2]抗冻蛋白序列的模体分析与预测[D]. 温欢.内蒙古大学 2013
本文编号：3445249
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
鱼类AFP类型（I、II、III和IV）之间的结构差异[6]
内蒙古大学硕士学位论文2树皮、叶子和花（Cheung等人在2017年进行了综述[18]）。尽管它们的氨基酸序列和结构不同，但都能够结合在冰晶的不同表面上[19]。1.1.2抗冻蛋白的作用机理对于AFPs的作用机理，人们广泛认同的是吸附-抑制理论：AFPs通过吸附在冰晶上与冰核结合并抑制冰晶重结晶来阻止冰晶生长，非依数地降低冰晶的生长点而不影响其熔点，产生热滞现象（Thermalhysteresis,TH），从而使生物体得以在恶劣环境中存活。2018年，Liu等人发现，来自巴斯德毕赤酵母的AFPs降低了水的冷冻温度，控制了冰晶大小，并减少了水合物冷冻造成的损害[20]。据报道，植物AFPs在保护植物细胞免受冻害方面也有类似的活性，例如，来自耐寒针叶树种的AFPs已经显示出抑制冰晶形成的特性[11]。昆虫AFPs降低溶液凝固点的能力也已得到充分证明[8]。有趣的是，这些生物中的AFPs结构，如海洋大头鱼、冬季比目鱼、甲虫、蛾和雪蚤彼此不同（图1.2）。图1.2不同分类群中抗冻蛋白之间的结构差异[6]Figure1.2Structuraldifferencesamongantifreezeproteinsindifferenttaxa1.1.3基于活性的抗冻蛋白分类AFPs根据与冰的结合位置，可分为中度活跃和极度活跃。中度活跃的AFPs结合到冰晶的棱柱面和棱锥面，并产生六边形双锥冰晶，而极度活跃的AFPs如昆虫AFPs则结合到冰晶的基面（图1.3），产生圆盘状冰晶[7,17,21]。与中度活跃的AFPs相比，极度活跃的AFPs与基面的结合可能对整个冰表面的冰晶生长产生更大的抑制作用，其热滞活性也高得多[7,22,23]。
内蒙古大学硕士学位论文3图1.3极度活跃抗冻蛋白与中度活跃抗冻蛋白的不同冰晶结合位点[6]Figure1.3Differenticecrystal-bindingsitesforhyperactiveversusmoderatelyactiveantifreezeproteins1.1.4基于热滞值的抗冻蛋白分类因AFPs导致的冰晶生长点和熔点的变化称为热滞后，AFPs也可以根据TH值进行分类，以指示其防冻活性水平。TH值较高的AFPs，如昆虫AFPs（TH值为5-10℃）被视为极度活跃[24]。如植物和鱼类的AFPs（TH值为0.2-0.6℃和1-2℃）被归类为中度活跃[5,25]。然而，极度活跃的AFPs并不一定比中度活跃的AFPs拥有更好的冷冻保存效果，例如，中度活跃的AFPs保护小鼠卵巢组织的效果是极度活跃的AFPs的十倍[26-28]。1.2抗冻蛋白的应用AFPs对溶液凝固点的降低是非依数性的，无论浓度如何，都不会显著改变溶液熔点[4,24,29]。有研究指出低浓度的AFPs对冰重结晶的有效抑制，并不同于普通的防冻剂，如甲醇、甘油或乙二醇，它们的凝固点与其浓度成比例降低[30,31]。AFPs由于其独特的能力，在冷冻保存、生物技术和食品工业应用中非常受欢迎[24]。向植物和动物的细胞、组织和器官中添加AFPs已被证明能提高冷冻保存效率[20,26]。在食品方面，AFPs改善了冰淇淋的质地[48]和腊肉的质量[25]；AFPs在转基因植物中的表达降低了其中冰的生长[8,9]。本文详细讨论了各种AFPs在动植物生物技术中的应用。1.2.1AFPs在冷冻保存中的应用应用冷冻保护剂，例如二甲基亚砜（DMSO）、甘油和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），植物和动物的细胞、组织和器官能够得到很好地冷冻保存。然而，由于细胞膜和器官膜对冷冻和解冻循环极其敏感，因此需要高浓度的这些化合物来使细胞溶质脱水并使循环中细胞内冰晶
【参考文献】：
硕士论文
[1]抗冻蛋白在冰晶表面吸附结合的分子动力学模拟[D]. 刘梅芳.内蒙古大学 2017
[2]抗冻蛋白序列的模体分析与预测[D]. 温欢.内蒙古大学 2013
本文编号：3445249
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