细胞内铜离子螯合蛋白质数据库的构建及数据分析

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近年来的研究表明,金属离子尤其是铜、铁等过渡金属离子的异常代谢与阿尔茨海默氏病、朊病毒疾病等神经退行性疾病有关。而金属离子的异常代谢又是由于其转运蛋白正常功能发生异常或者是丧失所导致,所以对金属离子螯合蛋白质的研究进行的如火如荼。结合已有的生物信息学优势,本论文拟构建铜离子螯合蛋白质数据库(The Database of Copper-Chelating Proteins,简称DCCP)。虽然国际上有些蛋白质数据库已经收录了部分铜离子螯合蛋白质,但是收录信息不全面,更新速度较慢,蛋白质的结构信息涵盖较少是其主要缺点,DCCP则可以弥补其不足。在构建数据库的基础上,还对DCCP收录的数据进行初步分析,结果将对神经退行性疾病的药物研发有一定的帮助。 DCCP的基本数据来源于GenBank、PIR、SWISS-PROT、PDB等国际上著名的生物信息数据中心,依靠LAMP——Linux、Apache、MySQL、PHP等语言平台的辅助,完成了数据和计算机程序的有机组合——数据库的构建。 DCCP数据库收录了来自蛋白质三维结构数据库的结构信息,蛋白质序列数据库的序列信息,蛋白质定位信息,结合金属离子信息等。创新之处是对DCCP1D库中没有结构的蛋白质序列进行同源模建,从理论上预测了蛋白质的高级结构,这些全新的蛋白质结构可以用于创新药物研发。同时,数据库中还囊括了铜离子在酵母细胞内的代谢网络。用户可以从网站上(http://sdbi. sdut. edu. cn/DCCP/cn/index. php)免费下载结构和数据。 铜离子螯合蛋白质和非螯合金属离子蛋白质功能各异,性质不同。通过对DCCP3D库的序列和负样本(从SWISS-PROT随机选取的相同数量的蛋白质序列)进行氨基酸含量的分析,形成折叠结构的倾向性分析,发现两类蛋白质的氨基酸组成和含量基本稳定,无明显差异,这种进化机制可能对于保持物种稳定性有重要意义。 蛋白质的二级结构预测必须在一级序列的基础上进行,它与氨基酸的组成和含量有关。通过对DCCP3D的蛋白质序列进行二级结构预测,发现选取的几个二级结构预测软件对铜离子螯合蛋白质的预测精度明显低于其所能达到的最高精度,说明这些二级结构预测软件都有一定的适用范围。 铜离子螯合蛋白质多在氧化还原、电子传递、金属离子转运等过程中起重要作用。作为一类特殊的功能相关蛋白质,它们之间可能是协同进化关系。对目前最为瞩目的Prion蛋白与SOD,CCS蛋白质进行的初步进化分析印证了有直接物理接触的CCS和SOD是协同进化的,而Prion蛋白质则与其无直接相互作用。 在构建数据库的基础之上,对库中收录的数据进行的一级序列分析,二级结构预测,高级结构模建,蛋白质功能分类和进化分析将对铜离子鳌合蛋白质的基础研究和疾病治疗的应用研究有一定的意义。
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