乙醇脫氫酶―1B(ADH1B)基因的生物信息學(xué)分析

1、乙醇脫氫酶 1B（ADH1B） 基因的生物信息學(xué)分析摘 要：本研究通過對 ADH1B 編碼基因產(chǎn)物的 亞細胞定位、信號肽、疏水性等預(yù)測，分析其基因編 碼蛋白的功能。結(jié)果顯示， ADH1B 編碼基因產(chǎn)物為 親水性蛋白，不具備信號肽和跨膜結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)以 a -螺旋與無規(guī)則卷曲為主。序列分析表明， ADH1B 基因編碼產(chǎn)物很可能在免疫應(yīng)答中起到關(guān)鍵作用。關(guān)鍵字： ADH1B 基因；生物信息學(xué)；結(jié)構(gòu)與功 能乙醇脫氫酶乙醇氧化體系是肝臟中代謝酒精的一 條主要途徑。乙醇脫氫酶氧化體系包括醇脫氫酶 （ADH ）和醛脫氫酶 （ALDH ）。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn) ADH 和 ALDH 都是多個同工酶組成的大家族，現(xiàn)

2、有 研究已發(fā)現(xiàn) ADH 包括 ADH1A 、ADH1B、ADH1C、 ADH4、ADH5、ADH6 和 ADH7 共 7 個基因。根據(jù) ADH 同工酶的電泳泳動度、 動力學(xué)特性、 對酒精的親 和力和是否受四甲基吡唑的抑制將 ADH 分為 5 種類 型,ADH1A ,ADH1B 禾口 ADH1C 為 I 型,ADH4 ,ADH5 ,ADH7禾口 ADH6分別為U,川，W和 V型。ADH1B 和 ADH1C 還具有基因多態(tài)性。1 分析原理與方法從 GenBank 數(shù)據(jù)庫中獲得 ADH1B 基因及其同源 蛋白質(zhì)基因；采用 DNAMAN 及 DNA Star 軟件預(yù)測 分析理化性質(zhì)； 用 ProtSc

3、ale 在線軟件分析疏水性和親 水性；采用 SignalP3.0 預(yù)測蛋白信號肽；用 PSORT H軟件進行亞細胞定位分析；用在線分析軟件PBIL和SWISS MODEL預(yù)測二級和三級結(jié)構(gòu)。2 分析過程與結(jié)果2.1 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)用 Bioedit 及 DNA Star 分析軟件對乙醇脫氫酶 -1B（ADH1B ）基因編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)進行預(yù)測， 由 ADH1B 基因的氨基酸組成可知， ADH1B 基因編碼 375 個氨基酸 ，組成中最多的氨基酸是 Va（l 纈氨酸）， 所占比例為 10.40%；在 pH7.0 環(huán)境下其電荷量偏低、 為-13.732;其理論分子量為 39.

4、833 kD，理論等電點 為 8.53。2.2 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物疏水性，親水性預(yù)測 分析蛋白質(zhì)的疏水性 /親水性由 ExPASAy 服務(wù)器的Protscale分析軟件，采用KD法預(yù)測。分析氨基 酸的得分可知。多肽鏈第62位的亮氨酸（Leu）具有 最高的分值（ 2.267），疏水性最強；第 249 位的賴氨 酸（Lys）具有最低的分值（一2.244），親水性最強。整條多肽鏈表現(xiàn)為親水性， 因此可推斷乙醇脫氫酶 1B 是一種可溶性蛋白。2.3 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物的信號肽 采用丹麥技術(shù)大學(xué)生物序列中心開發(fā)的強大的信 號肽檢測工具SignalP對ADH1B基因編碼產(chǎn)物進行分 析，程序利用

5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行信號肽分析，并得到 3 種 C、Y、S 值計算結(jié)果。分析知： ADH1B 基因編 碼產(chǎn)物曲線的 c 值為 0.11、 Y 值為 0.123、 S 值為 0.153?；究梢酝茢?ADH1B 基因編碼產(chǎn)物不存在信 號肽。利用 TMHMM 尋找 ADH1B 基因編碼蛋白序列中 是否有跨膜區(qū)域。由圖 5 可知， ADH1B 基因編碼產(chǎn) 物序列的 1-375 都位于胞外，據(jù)此推斷， BCRho3 基 因編碼產(chǎn)物不含有跨膜結(jié)構(gòu)域。2.4 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物亞細胞定位通過PSORTU工具預(yù)測ADH1B基因編碼產(chǎn)物的 亞細胞定位，結(jié)果表明，其分布在細胞質(zhì)的可能性為 39.1%，分布在細

6、胞核的可能性為 17.4%，分布在內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)的可能性為 8.7%，分布在高爾基體的可能性為 4.3%。因此可推斷， ADH1B 基因編碼產(chǎn)物主要在細 胞質(zhì)中發(fā)揮生物學(xué)作用。2.5 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物結(jié)構(gòu)功能預(yù)測通過 Protfun 軟件預(yù)測 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物的功 能，結(jié)果表明，該蛋白可能作為免疫應(yīng)答來發(fā)揮作用 的可能性最大，為 0.406。由此推斷， ADH1B 可能在 免疫應(yīng)答過程中具有調(diào)節(jié)作用。2.6 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物的二級與三級結(jié)構(gòu)預(yù)測 采用 PBIL 分析軟件預(yù)測 ADH1B 基因編碼產(chǎn)物 的二級結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明， ADH1B 基因編碼產(chǎn)物主要 由21.81%a -螺

7、 旋、22.61%延伸鏈和55.32%無規(guī)則 卷曲組成。由此可推斷，a -螺旋與無規(guī)則卷曲是 ADH1B 最主要的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)元件，延伸鏈則散 布于整個蛋白質(zhì)中。應(yīng)用 Swiss-Model 程序預(yù)測 ADH1B 基因編碼產(chǎn) 物的三級結(jié)構(gòu)，以 PDB 數(shù)據(jù)庫中的 1u3u 為模型進行 同源建模，結(jié)果 a -螺旋主要在內(nèi)部，具有較大優(yōu)勢， 無規(guī)則卷曲環(huán)包在外，構(gòu)成具有球狀蛋白。3 結(jié)論ADH1B 由 375 個氨基酸組成，整條多肽鏈表現(xiàn) 為親水性，而且該蛋白沒有信號肽，這與亞細胞定位 預(yù)測結(jié)果該蛋白主要在細胞質(zhì)中發(fā)揮生物學(xué)作用相 符。該蛋白沒有跨膜結(jié)構(gòu)，與三級結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果相 符。功能預(yù)測分析

8、表明， ADH1B 蛋白作為免疫應(yīng)答 來發(fā)揮作用。本研究對大多數(shù)類型的預(yù)測均采用了多 種不同軟件，它們預(yù)測的一致性具有較高的可信度， 分析結(jié)果為深入研究 ADH1B 蛋白的分子結(jié)構(gòu)及其功 能奠定了基礎(chǔ)， 為今后進一步研究 ADH1B 基 因的功 能作用提供資料參考。參考文獻1 HOOG jo ，HEDBERG JJ，STROMBERG P，et al.Mammalia n alcohol dehydroge nas fun cti onal and structural implicationsJ.JBi0med Sci，2001 .8（ 1 ）： 71762 OSIER MV ，PAKSTI

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