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大肠杆菌P4+FliC蛋白结构分析及同源建模.pdf

大肠杆菌P4+FliC蛋白结构分析及同源建模

liusu
2012-01-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《大肠杆菌P4+FliC蛋白结构分析及同源建模pdf》,可适用于工程科技领域

·研究报告·生物技术通报BTEcHNoLoGYBULLETlN年第期大肠杆菌PFIiC蛋白结构分析及同源建模李任峰田香勤何启盖胡建和赵坤李学斌王三虎(河南科技学院动物科学学院新乡新乡医学院医学研究中心新乡华中农业大学动物医学院农业微生物学国家重点实验室动物病原分室武汉)摘要:为了进一步认识大肠杆茵鞭毛蛋白(EscherichiacoliFliC)的结构及功能深入研究细菌鞭毛的生物学特性采用生物信息学方法对组成EscherichiacoliPFIiC蛋白质的理化性质、二级结构及三级结构等进行生物信息学分析并在三级结构的基础上进行同源建模。理化性质分析结果表明EcoliPFliC蛋白为酸性结构蛋白。与沙门氏茵鞭毛蛋白性质较为接近二级结构以d一螺旋和随机卷曲为主要构件。其空间结构与Salmonellatyphimurium的axA蛋白相似性较高。以此为模板成功构建了可靠的三维结构分子模型。FiiC蛋白为多种细菌的鞭毛蛋白与细茵的运动功能关系密切本研究为深入研究细茵的运动机制及致病机理奠定基础。关键词:大肠杆茵鞭毛蛋白同源建模StructureAnalysisandHomologyModelingofFIiCfromEscherichiacoli"LiRenfenTianXiangqinHeQigaiHuJianhelZhaoKunlLiXuebinlWangSanhul(VeterinaryMedicineCollegeHenanInstituteofScienceandTechnologyXinxiangMedicineResearchCenterXinxiangMedicalCollegeXinxiangDivisionofAnimalInfectiousDiseaseNationalKeyLaboratoryofAgriculturalMicrobiologyHuazhongAgriculturalUniversityWuhan)Abstract:TheresearchW.aStolucubratebionomiesofflagellinofbacteria.TheaminoacidsequenceofFIiCfromEscherichiacoliPwasselectedfromNCBIandanalyzedbythetoolsofbioinformaticsinthefollowingaspectsincludingthecompositionofaminoacidsequencesmolecularstructurephysicalandchemicalcharacterssecondaryandtertiarystructureofprotein.ResultsshowedthattheE.coliPFIiCwasanacidicstructureproteinwhichwassimilarwithflagellinofSalmonellaahelixandrandomcoilweremaincomponentofallsecondarystructures.TheDmodelsofPFliCwereconstructedbasedonthetemplateofaSxAbyhomologymodeling.Theflagellinisrelatedtomotilityofbacteriasupportingthatitwouldbeapromisingcandidateforfurtherresearchonthemechanismofbacteriamotilityandnosogenesis.Keywords:EscherichiacoliFlagellinHomologymodeling病原性大肠杆菌(Escherichiacoli)是一种重要的条件性致病菌能引起人或动物的严重腹泻和败血症¨。。(ip叩olysaccharide)抗原和H(flagellar)抗原是当前用于大肠杆菌分型的主要依据其中H抗原主要指细菌的鞭毛成分¨。鞭毛是多种细菌最主要的运动器官主要介导细菌的黏附、运动和趋化帮助细菌附着于宿主体内并迁移到营养物质丰富的位置去其化学组成主要是蛋白质¨。而FliC是大肠杆菌鞭毛蛋白的重要组成部分”。FliC在用于研究E.coli的分型和致病机理方面具有重要意义。本研究旨在通过分析E.coliPFliC蛋白的理收稿期:一基会项目:河南省基础与前沿技术研究项目()。河南科技学院青年创新摹金项目()作者简介:李任峰.男硕士研究方向:动物分子病原学及生物信息学Email:lirenfengsina.com通讯作者:王三虎男教授硕上生导师研究方向:动物分子病原学及生物信息学Email:wangsanhuhisLedu.cn万方数据生物技术通报BiotechnologyBulletin年第tO期化性质、二级结构及三级结构并在三级结构的基础上进行空间结构的同源建模为进一步研究E.coliI"FliC的功能及特征奠定基础。l材料与方法.材料供试蛋白质序列来自GenBank数据库(http://WWW.ncbi.him.nih.gov)菌株编号及蛋白质序列登录号分别为大肠杆菌P(AAPl.)、沙门氏菌CDCstr.(AARl.)、痢疾志贺氏菌M(AAR.)三级结构可视化软件CnD及SwissPdb.Viewer(SPDBV)等。."FliC蛋白的一级结构分析利用ExpertProteinAnalysisSystem(ExPASy)Proteomiestools(http://www.expasy.ch/tools/)对PFliC蛋白质性质进行分析。ProtParam分析蛋白的氨基酸序列组成、相对分子质量、等电点等理化性质ScanProsite分析蛋白质的功能域¨。.PFIiC蛋白质二级结构分析应用NPS服务器(http://pbil.ibcp.fr/htm/index.php)上的PHD方案在线分析Flic蛋白的二级结构成分包括d一螺旋、B转角、无规则卷曲及延伸链等。该方案的参数意义见文献。.'FliC蛋白的三级结构分析及同源建模在瑞士日内瓦GlaxoSmithKline中心提供的自动蛋白质分子模建服务器(AutomatedProteinModellingServer)SWISSMODEL(http://www.expasy.ell/swissmod/SWISSMODEL)中进行。将PFliC的氨基酸序列提交到SWISS.MODEL服务器用同源建模方法获得该蛋白质的三级结构用在线评价服务器PRO.CHECK对所建模型进行评价⋯。结果.PFliC蛋白的氨基酸组成特性分析结果(图)表明PFIiC蛋白由个氨基酸组成原子总数为个分子式为C:mH琊N例O。S。分子量为.kD理论等电点为.。在所有编码氨基酸中苏氨酸含量最高为.%甲硫氨酸只占.%而未见编码半胱氨酸、组氨酸和色氨酸。大肠杆菌与沙门氏菌、痢疾志贺氏菌种不同细菌FIiC氨基酸组成的比较结果(表)表明大肠杆菌PFliC的氨基酸残基总数比沙门氏菌CDCstr.多个、比痢疾志贺氏菌M多个酸性氨基酸数目比沙门氏菌CDCstr.多个、比痢疾志贺氏菌M多个碱性氨基酸数目比沙门氏菌CDCstr.少个、比痢疾志贺氏茵M多个极性氨基酸的数目比沙门氏菌CDCstr.多个、比痢疾志贺氏菌M多个疏水性氨基酸的数目比沙门氏菌CDCstr.少个、比痢疾志贺氏菌M多个。另外大肠杆菌PFtiC的原子总数及分子量也与沙门氏菌CDCstr.更为接近这与亲缘关系的远近相符合。图lPFiiC蛋自的氨基酸组成.PFIiC蛋白的结构域分析将PFliC蛋白的氨基酸序列提交到ScanProsite服务器对I)FliC蛋白进行翻译后修饰位点结构分析。结果(表)表明该蛋白中有个N.糖基化位点、个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、个豆蔻酰化位点、个酪氨酸激酶磷酸化位点、个蛋白质激酶C磷酸化位点和个亮氨酸拉链模体并在其序列中发现富含苏氨酸基序(图)。^摹v嘲钿魁粥鞲万方数据年第期李任峰等:大肠杆菌PFIiC蛋白结构分析及同源建模表ScanProsite搜索得到的结构和功能位点序号基序功能位点功能描述PDOCPSlN{PlST{PPDOCPSsT.{}DEPDOCP:踟G‘EDRKHPFYW.ffSTAGCN‘Pl一NQSA..NGSMNQTI.一lNDTV.NATV..N盯KNDTD.NETT“.NNTT.“lNLE.NMSKSSIE.SAKDTNSESIQD一SRLD·TGGDTVTD.TYTDN.糖基化位点酪蛋白激酶H磷酸化位点.GLRINS.GQAIANGLTQAAGISVAQGANDNQ·GATTI’NGITLSTGTNPAS豆蔻酰化位点GATANA..GSATANGNLYAA.GGDDGKGNLQTGGAVQNRPDOcRK·{}DE·{}YKGNDTDTY,RQDADY酪氨酸激酶磷酸化位点PSPDOCsT.RKP酆OSAKSMKSVK.·盯KSVK蛋白质激酶c磷酸化位点PDOcL.f}L.{}L.{}L.LGAVQNRLDSAVTNLNNTTTNL亮氨酸拉链基序.亮氧酸拉链基序PS一。’。。。’’。。’万方数据生物技术通报BiotechnologyBulletin年第期.PFIiC蛋白的二级结构分析通过NPS服务器(http://pbil.ibcp.frlhtm/index.php)上的PHD方案预测PFIiC蛋白二级结构成分结果(图)表明a.螺旋和不规则卷曲是PFIiC蛋白整体结构中的主要组成结构元件有利于稳定蛋白质的结构该蛋白不易形成B转角延伸链散布于整个蛋白质中易形成抗原表位区。Ot螺旋主要位于氨基酸序列两侧(和)区域而中间区段()含有大量的不规则卷曲和散在的延伸链而无Ot一螺旋分布。..Tvttsapvtafgatttnnikltgithteaatdtggtnpasiegvytdngndyyakitggdndgkyya∞re=lO.vtvandgtvtmatgatanatvtdanttkattitaggT图PFIiC蛋白中富含苏氢酸基序lO姒QVINTNSLSLITQNNINKNQSALSSSIERLSSGLRINSAKDDAAGOIAIANRFTSNIKCCeEEeCCccehhhhhhhhhccc{ml}{H}fI{}{}l(·rctleeeCCcHliI{IllUtItIHliltHj{}fHhfCLTQAARNANDGISVAQTTEGALSEINNNLQRVRELTVOATTGTNSESDLSSIQDEIKSRLr}删Ii}雌:CCCCEEeech删舢珊伽删Ⅱ伽ⅡthhheeeCC(fC(‘hhHHHl{}I}l}{l删iII}lDEIDRVSGQq'OFNGVNvLAKNGS胍IQVGANDNQTITIDLKQIDAKTLGLDGFSl咐jNcrrHHHHhcct·CO(‘cCCceeEecCCCeEEEEEcCc(:CeEEEE(:ccfCccccccCC(:ee‘f(’瞪VTTSAP、TAFG^TTTNNIl【LTGITLsTE从TDTGGTNPASIEG”TDNGNDYYAl(ITGGDCCCccccf:eeeeecrCCCCC(CCCcccccccCCCC(ZCceec【:ccf:cC‘:(:ceecCfjCCCCNDGK.jn『AvTvANDGTvTMATGATANATvTDANTTI(^TTITSGGTPVQIDNTAGSATANIJGc(:cc‘:ccf:eeeccCCcceEEeeeE:(·cf。ccfCCC(cecccCCcc·CCCf“:髓(tcc(:eoeeAVSLvKLQDsKGNDTDTYAL皿帆YAADlNETTGAVSVKTITYTDSSG从SSPTA、l【cCcceec(、cceeeecC“,’|ceecceeeeCCCfCCfCreeePccf.eeeeecCCccccCcc(、e.GGDDGK删ⅦDGKTYDSAD心GGNLQTGLTAGGE^LTAvANGKTTDPLl【ALDDAlASc‘·ccCCccCCcCCCⅨ:“:crrCo(ccceeccccf:cCf:cceccf:fc(~(·hh嗍删H哪删DI(FRSSLGAVQNRLDSAvTNLNNTTTMSEAQSRIODADYATEVS瑚S卧QQ^GNSHI{HHhCC((·hhhhhlfllHtflthcCcccccccchhhhhhchHlU衄{删HI{HH}m矾删Hn删VLAKANQVPQQVLSLLIQGm{HHHccCcH}卅HHHh(:fH.a.螺旋区段E.延伸链C.无规则卷曲区域圈PFIiC蛋白二级结构预测结果.PFliC蛋白的三级结构分析及同源模建通过在ExPDB晶体图像数据库中(http://www.resb.orB/pdb/)搜索相似的序列得到一个同源性较高的蛋白质结构数据axA同源性为%两序列比对结果见图符合同源模建条件。以此序列的结构信息为原子模型(图)登录Swiss.Model服务器进行结构排列并运用结构仿真模拟(Pro.ModII程序)和能量最小化分析(GROMOS程序)构建目标序列的结构。模建结果见图。利用PROCHECK对模建结果进行检测计算得出Ramaehandran图(图)从图可以看出模拟得到的PFliC蛋白结三维结构的审角和中角有.%位于Ramaehandran图中合理区域从理论上表明模拟得到的PFIiC蛋白的三维结构是可靠的。讨论鞭毛作为细菌的运动器官在细菌的感染与免疫及细菌分类鉴定等方面发挥重要作用哺。鞭毛的化学组成主要是蛋白质分子量约为kD抗原性良好可作为细菌的分类依据之一(H抗原)is。目前用于大肠杆菌分型的O抗原有种H抗原有种¨⋯。研究表明大肠杆菌鞭毛蛋白(E.coliFliC)主要由部分区域组成:两端(N端和C端)高度保守的Cl区和C区及中间C高变区¨“。本研究采用生物信息学方法分析了E.coliPFIiC蛋白的理化性质并与沙门氏菌CDCstr.(AARl.)和痢疾志贺氏菌M(AAR.)进行了比较结果表明E.coliPHiC蛋白的氨基酸残基总数、酸性氨基酸数目、碱性氨基酸数目、极性氨基酸的数目、疏水性氨基酸的数目、原子总数、分子量及等电点等均与沙门氏菌CDCstr.更为接近这与亲缘关系的远近相符合。万方数据年第期李任峰等:大肠杆菌PFIiC蛋白结构分析及同源建模PFiC:AQVINTNSLSLITQNNINKNOSALSSSIERLSSGLRINSAKDDAAGQAIANRFTSNIKGLAQVINTNSLSLTQNNNKQSALIERLSSGLRINSAKDD从GQAIANRFTNIKGLTarget:AQvINTNSLSLLTONNLNI(SQSALGTAIERLSSGLRINSAl(DD从GQAIANRFTANIKGL印PFliC:TQAARNANDGISVAQTTEGALSEINNNLQRVRELTVQATTGTNSESDLSSIQDEIKSRLDlTQARN^pI【lGISAQTTEGALEINNNLQRVRELVQTNSSDLSIQERLTarget:TOASRNANDGISIAQTTEGALNEINNNLQRⅥ砸LAVQSANSTNSQSDLDSIOAEITQRLNPFliC:EIDRVSGQTQFNGVNVLA烈GS瓤IQVGANDNQTITIDLKQIDAI(TLGLDGFSvl(NNDTVEIDRVSGOTQFNGVVLA十IQvGANDTIIDLKQITLGLDvVTarget:EIDRVSGQTQFNG、l(VLAQDNTLTIQVGANDGETIDIDLKQINSQTLGLDTLNvQQK’fI(VPFliC:TTSAPvTAFGATTTNNIKLTGITLSTE从TDTGGTNPASIEGvYTDNGNDYYAl【一ITGTAyTTTILTAGDYYAKTGTarget:SDT从TVTGYADTT一一IALDNSTFKASATGLGGTDQKIDGDLl(F加TTGKYYAKvTVTGPFiC:GDNDGKYYAVTVANDGTVTMATGATANATVTDANTTKATTITSGGTPVQIDNTAGSAGYY”VGvTAGATTTAATarget:GTGKDGYYEVSVDKTNGEVTLAGGATSPLTGGLPATATEDVKNVQVANADLTEAKAALTAPFliC:TANLGAVSL、l【LQDSKGNDTDTYALKDTNGNI.YAADVNETTGAVSvl(TITYTDSSG从SGSVKNTLGYGSTYTGTarget:AGVTGTASVVKMSYTDNNGKTIDGGLAVKVGDDYYSATQNKDGSISINTTKYTADDGTSKPFiC:SPTAVKLGGDDGKTEVvDIDGKTYDSADLNGGNLQTGLTAGGEALTAVANGKTTDPLI(ALKLGGDGKTEWIGKTYGNLATPLTarget:TALNKLGGADGKTEWSIGGKTY从SKAEGHNFKAQPDLAEAAATTTENPLQKIllPFliC:DDAIASVDKFRSSLGAVQNRLDSAVTNLNNTTTNLSEAQSRIQDADYATEVSNMSl(AQIIDAAVDRSLAVQNRSATNLNTNL十ASRIDDYATEVSNMSAQITarget:D从LAQVDrrLRSDL从VQNRFNSAITNLGNTvNNLTSARSRIEDSDYATEVS删SRAQILPFIiC:QI趴GNSVLAKANQVPQQvLSLLQQQAGSVLAANQVPQVLSLLTarget:QQAGTSVLAQANQVPONVLSLLR圈PFliC氨基酸序列与模板序列比对结果围模板aSxA聋白的空间结构图'FIiC蛋白的空间结构模拟图图'FIle蛋白三维结构Ramachandran评价图万方数据生物技术通报BiotechnologyBulletin年第期蛋白质的二级结构是氨基酸序列和三维构象之间的桥梁对蛋白质二级结构的预测能得到许多重要的结构信息。PHD程序是目前预测蛋白质二级结构的最好程序之一。本研究采用PHD程序对来自E.colt'FIiC蛋白的二级结构进行预测和分析结果表明d螺旋主要分布于该蛋白的两侧保守区有利于蛋白质结构的稳定。而中间区段含有大量的不规则卷曲和散在的延伸链该区域也属于高变区常用于E.colt的分型及选择抗原表位作为候选疫苗。在分析E.coltPFIiC蛋白结构域时发现在该蛋白氨基酸序列的区段存在亮氨酸拉链基序推测该区域可能参与某种基因的表达调控。同时发现在氨基酸之间存在一段富含苏氨酸区域推测该区域可能与调节蛋白(如苏氨酸激酶等)结合形成特异的信号分子复合物将信号向下游传递继而参与细菌的迁移活动。目前E.coltPFliC蛋白的晶体结构尚未见报道本研究根据同源建模的方法模拟得到了E.coltPFIiC蛋白的三维结构Ramachandran图评价结果表明该预测结构是合理的符合立体化学规则。结语E.coltPFliC蛋白在研究E.colt的分型及致病机理方面具有重要作用本研究利用生物信息学方法分析了该蛋白的理化性质、二级结构及三级结构等并在此基础上进行了同源建模。但由于蛋白质的结构及功能行使极其复杂预测结果尚需进一步试验验证。参考文献BlattnerFRPlunkettGIBlochCAeta.ThecompletegenomesequenceofEscherichiacoliK·l.Science():..EklundMLeinoKSiitonenA.ClinicalEscherichiacoltstrainsCal'tyingstXgenes:Sixvariantsandstxpositivevirulenceprofiles.JClinMicrobiol.():·.FengLLiuBLinYeta.AgenomicisletmediatesflagellarphasevariationinEscherichiacolis”ainscarryingtheflagellinspecifyinglocusflk.JBacteriol():.BeutinLStruuchE.IdentificationofsequencedivemityintheEsche·richiacolttiCgenesencodingflagellartypesHandHanditsuseintypingofShigutoxin·producingE.coltandstrains.JClinMicrobiol():·.KoppJSchwedeT.TheSWISSMODELRepository:newfeaturesandfunctionalities.NucleicAcidsResearch():.GeouqonCDeleageG.significantimprovementsinproteinseconda·rystructurepredictionbyconsensuspredictionfrommultiplealignments.ComputApplBiosci。():.AmoldKBordoliLKoppJ.eta.TheSWISSMODELWorkspace:Awebbasedenvironmentforproteinstructurehomologymodelling.Bioinfotreaties():.李任峰田香勤何启盖等.猪胸膜肺炎放线杆菌tic蛋白二级结构与B细胞表位预测.生物技术():.LotharBEckhardSSonjaz.GeneticalandfunctionalinvestigationoftiCgenesencodingflagellarserotypeHinwildtypestrainsofEscher如hiacoltandinalaboratoryE.coltK一strainexpressingflagellarantigentypeH.JClinMicrobiol():.EklundMLeinoKSiitonenA.ClinicalEscherichiacoltstrainscartyingstxgenes:sixvariantsand批一positivevirulenceprofiles.JClinMicrobiol():.BeutinLKrauseGZimmermannSeta.CharacterizationofShigatoxinproducingEscherichiacoltstrainsisolatedfromhumanpatientsinGermanyoverayearperiod.JClinMicrobiol():.(上接第页)ZhouRY。LiXLLiLH。eta.EvolutionanddifferentiationoftheRozasJSachezDelBarrioJCMesseguerxRozasB.DnaSPDNAprionproteingene(PRNP)amongspecies.JournalofHeredity。polymorphismanalysesbythecoalescentandothermethods.Bioin。():·.formatics。。():.万方数据

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