课程设计77297

1. 课程设计目的：

《专业课程设计》是面向生物技术方向高年级学生的综合性课程。目的是使学生进一步巩固加深所学的基础理论、基本技能和专业知识，使之系统化、综合化；培养学生独立工作、独立思考并运用已学的基本理论和知识解决实际问题的能力；培养学生的科学素质，提高学生的抽象思维能力、加强培养学生自己获取知识和更新知识的能力。本课程通过应用生物信息学的方法，从公用数据库上收集自己所需的数据，并用计算机进行处理，从而获取自己所需要的信息。

独立于另外两个专业课设，此次课设主要应用生物信息学的方法，通过网络资源挖掘所需的核酸与蛋白质的秘密，完成所给任务。

2. 课程设计题目选择：

2.1课设题目选择：

此次课程设计包括两个方面（任选一个）：为核酸和蛋白质。前者为在人的基因组中，搜索可能的新基因。后者为应用网络资源对所感兴趣蛋白质进行分析，分析其结构与功能关系或对一未知功能的蛋白质进行功能预测与分析。蛋白质直接关系表达结果问题，研究意义重大。分析蛋白质结构、功能及其关系是蛋白质组计划中的一个重要组成部分。研究蛋白质结构，有助于了解蛋白质的作用，了解蛋白质如何行使其生物功能，认识蛋白质与蛋白质（或其它分子）之间的相互作用，这无论是对于生物学还是对于医学和药学，都是非常重要的。对于未知功能或者新发现的蛋白质分子，通过结构分析，可以进行功能注释，指导设计进行功能确认的生物学实验。通过分析蛋白质的结构，确认功能单位或者结构域，可以为遗传操作提供目标，为设计新的蛋白质或改造已有蛋白质提供可靠的依据，同时为新的药物分子设计提供合理的靶分子结构。

2.2 课设题目确定：

上学期被选进福州大学生物工程研究所细胞组，承担对毕赤酵母发酵的

PTD(TAT)-SOD蛋白分子即PS2蛋白分子性质的表征。经过凝胶过滤层析技术和SDS－PAGE,糖蛋白的BSA染色，多糖电泳确定了PS2在分子结构特征上存在多聚体、和糖基化现象。为此想以此课程设计为契机，对PS2蛋白分子进行生物信息学的分析进一步评价PS2蛋白结构和功能的关系。本文借助从UnProt蛋白数据库中搜集到足够数量和不同物种来源Cu,Zn－SOD；运用生物信息学软件进行序列比对，和绘制进化树。对所得结果进行分析。然后用得到的保守序列作为出发序列搜索相关数据库，（例如PROSITE数据库），从而分析该序列的功能和结构信息，及功能和结构的关系，并对PS2蛋白分子进行基于一级结构的物理化学性质和生物化学性质、二级结构信息等进行预测。

3．PS2蛋白简介

人铜，锌超氧化物歧化酶(hCuZn-SOD)是一种重要的胞内酶，对机体的氧化和抗氧化平

衡起着至关重要的作用，此酶能清除超氧阴离子自由基，保护细胞免受损伤，因此SOD有非常广泛的应用前景，但是SOD是一种大分子物质，外源的野生型SOD很难跨膜进入细胞发挥其生物活性。蛋白转导区域（PTD）的核心序列是段多肽片断，该多肽片断介导蛋白的转导及其在细胞内的定位。本研究所巧妙地运用该多肽片断，构建毕赤酵母菌株将PTD与SOD联接，制备出PTD-SOD[4-5]，即PS2活性蛋白。

3.1 TAT-PTD的发现

人类免疫缺陷病病毒(HIV)表达反式激活蛋白TA T是一个与RNA 结合的核蛋白，为HIV感染早期所合成的小分子调节蛋白，能促进HIV基因表达，增加HIV病毒的复制和感染性。1988年Green[56]和Frankel[57]首次报告了HIV-1TAT蛋白具有穿过生物膜的能力，全长86个氨基酸，具有3个功能结构域:其一是对于反式激活尤为重要的酸性N-端区域；其二是富含半胱氨酸的DNA结合区(22～37位氨基酸)，带有一个锌指基元；其三为碱性区(包括第47～58位氨基酸)，该功能区主要介导Tat蛋白发生细胞内在化。1994年，Fawell et al[60].将这一理论衍生，他们指出将TA T的36个氨基酸与一个异源蛋白化学交联后可将此蛋白转导入细胞。Vives[61]等对TAT通过细胞膜的转导作用进行了研究，发现该蛋白分子中一个富含碱性氨基酸、具有较多正电荷的多肽片段(TA T48-60)与TAT的跨膜转导有关。随后，Dowdy[62]等通过蛋白或多聚肽与TA T短肽的融合改善Tat蛋白的跨膜递送，该短肽区域即Tat蛋白跨膜递送的核心序列（47～57残基）：YGRKKRRQRRR，这11个残基富含带正电荷的碱性氨基酸：其中有6个精氨酸（Arg）、2个赖氨酸（Lys），简称TAT-PTD。

3.2 Cu,Zn－SOD简介

Cu/Zn-SOD作为SOD结构上的第一族，是人们对于SOD结构研究的突破口，也是人们了解最多的一种SOD。比较不同来源的Cu/Zn-SOD的氨基酸序列可以发现，它们的同源性都很高[6]。有些氨基酸还很保守，在所有序列中都不变，这暗示着这些氨基酸与活性中心有关。如图1－1牛红细胞Cu/Zn-SOD的结构所示:

)的咪唑氮配位外，还与一每个铜原子除分别与4个组氨基酸残基(His

44·46·61·118

轴向水分子形成远距离的第五配位，Zn则与3个组氨酸残基(His

)和1个

61·69·78

)配位。Cu、Zn共同连接组氨酸61组成“咪唑桥”结构。

天冬氨酸(D

81

图1－1 牛红细胞Cu/Zn-SOD的结构示意图[7]

3.课程设计报告内容

3.1课设软件的介绍：

3.1.1 UniProt

3.1.2 SwissProt

3.1.3 NCBI

3.1.4 EBI

3.1.5 CLC

3.2 各物种各类Cu,Zn-SOD氨基酸序列的获得：

进入UniProt数据库：/界面如下：

输入：Superoxide dismutase [Cu-Zn]后逐步进行限定，包括对酶标号EC，片段fragment，交叉参考：cross-reference进行限定。

最终的检索词为：Superoxide dismutase [Cu-Zn] AND ec:1.15.1.1NOT chaperone AND fragment:no NOT database:pir NOT database:refseq NOT database:refseq NOT database:unigene。

运行输出界面如下：

点击，进入下载页面：