代表性纖維素酶家族活性架構(gòu)的功能位點(diǎn)分析.pdf

1、通過(guò)生物發(fā)酵將纖維素轉(zhuǎn)化為燃料乙醇，是解決世界能源問(wèn)題的潛在途徑之一。但受限于纖維素酶的降解效率低而成本高，導(dǎo)致目前纖維索尚未被充分利用。研究纖維素酶活性架構(gòu)中的功能位點(diǎn)，可能有助于加深人們對(duì)纖維索酶工作機(jī)制的理解，進(jìn)而為分子改造提高纖維素酶活力提供幫助。
　　 在本論文中，我們利用生物信息學(xué)方法研究了主要的纖維素酶家族。我們發(fā)現(xiàn)纖維素酶來(lái)源復(fù)雜，其序列家族可能至少來(lái)自5種不同的結(jié)構(gòu)起源。表面電勢(shì)和構(gòu)象分析表明，趨同進(jìn)化的纖維素

2、酶具有相似的活性架構(gòu)。根據(jù)與底物共結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，在5個(gè)主要纖維素酶家族中找出了潛在的組成酶活性架構(gòu)的位點(diǎn)。
　　 利用同源模建和多結(jié)構(gòu)比對(duì)，計(jì)算了5個(gè)主要纖維素酶家族潛在活性架構(gòu)位點(diǎn)的序列保守性。保守位點(diǎn)約占總數(shù)的三分之一，并且色氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、組氨酸和天冬酰胺出現(xiàn)的幾率最高。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有家族都在-2位糖環(huán)附近存在保守的色氨酸，都在-1位糖環(huán)附近存在保守的天冬氨酸或天冬酰胺，反映了纖維素酶的共性。此外，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬

3、和結(jié)構(gòu)比對(duì)分析，證明保守位點(diǎn)也具有空間保守性。
　　 為尋找纖維素酶潛在活性架構(gòu)位點(diǎn)中非保守的功能位點(diǎn)，發(fā)展了一種新的統(tǒng)計(jì)分析氨基酸位點(diǎn)間協(xié)變性的算法。在保持結(jié)果基本準(zhǔn)確的前提下，大幅降低了統(tǒng)計(jì)分析所需要的數(shù)據(jù)量，以適用于纖維素酶。利用新算法，在5個(gè)纖維素酶家族中都發(fā)現(xiàn)了進(jìn)化上獨(dú)立的功能組件。
　　 進(jìn)化檢驗(yàn)表明，各家族纖維素酶在不同支系和不同位點(diǎn)間都存在顯著的選擇壓力差異。分支-位點(diǎn)檢驗(yàn)顯示，GH7家族外切酶前景支和內(nèi)