目录
摘 要 2
关键词 2
ABSTRACT 3
KEY WORDS 3
引言 4
1 材料与方法 5
1.1 材料来源 5
1.2 生物信息学分析 5
1.3 序列比对与系统进化分析 6
2 结果与分析 6
2.1 蛋白质理化性质 6
2.2 蛋白质亲水性/疏水性分析 7
2.3 蛋白质二级结构预测 9
2.4 蛋白质三结结构预测 10
2.5 序列比对与系统进化树的构建 11
3 讨论 13
致谢 13
参考文献 14
甲基辅酶M还原酶基因的生物信息学分析
摘 要
甲基辅酶M还原酶（Methylcoenzyme M reductase，MCR）是产甲烷菌发生催化反应产生甲烷的关键酶，由α、β和γ三个亚基组成。它有两种同工酶，分别为MCRI和MCRII。为进一步探讨MCR基因生物学功能，了解MCR反应机制，本文采用生物信息方法，从分子水平对嗜热自养甲烷杆菌（Methanothermobacter thermautotrophicus，METTH）和炽热甲烷嗜热菌（Methanothermus fervidus，METFE）中，编码MCR的基因mcrA、mcrB、 mcrG、mrtA、mrt B和mrt G的产物进行预测分析。同时选择mcrA基因编码蛋白的序列，构建系统进化树，分析不同物种间的系统进化关系。结果表明，12个基因的编码蛋白的理论等电点都在5左右，其中METTH的mcrG编码蛋白、METFE的mcrG、mrt G和mcrA编码蛋白不稳定；METTH和METFE的两种同工酶β亚基疏水，α亚基和γ亚基为亲水蛋白；除METFE的mcrG编码蛋白外，其它11个基因的编码蛋白二级结构的四种组分占比由大到小排列为：α螺旋>无规则卷曲>延伸链≥β转角；不同物种的MCRI和MCRII同种亚基间空间结构相似，系统进化关系接近。根据结果推测MCR的同工酶对应亚基之间功能和结合位点相近，MCR在不同物种中的作用机制可能存在相似性。这些基于生物信息学 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
对MCR基因编码产物的分析，为深入研究MCR的功能，提供初步的理论依据。
引言
甲烷（Methane, CH4）无色无味，是最简单的有机化合物。它是全球第二大温室气体，其升温潜能约为二氧化碳（Carbon dioxide, CO2）的25倍，能够产生的温室效应更是在CO2的20倍以上[1]。甲烷燃烧只产生CO2和水，故也是新兴的清洁能源[2]。现有研究表明，CH4是潜在的细胞信号分子，在动物中除了肠道微生物外，其自身代谢也会生成CH4；在植物中，除共生微生物能够产生CH4外，植物本身也会内源释放CH4，这可能是在胁迫状态下的应激产物[3]。产甲烷菌（Methanogen）产生了地球上70%以上的甲烷，是现在已知的唯一一种最终代谢产物为CH4的古菌[46]。产甲烷菌作为古菌，具有原核细胞结构，共价闭合环状DNA，没有细胞壁，既无核膜也无内膜系统。产甲烷菌能够把氢气（Hydrogen，H2）、CO2、甲醇和甲酸等作为底物，通过严格厌氧反应产生甲烷，加速降解木质素、纤维素等高分子有机聚合物，在自然界碳循环中发挥着举足轻重的作用[78]。根据近10年间新的系统发育学分类，产甲烷菌从5个目更新到了7个目，新增加了甲烷胞菌目（Methanocellales），以及Methanoplasmatales这两个目[911]。其中，甲烷杆菌目是瘤胃中最大的甲烷菌群。
有研究表明，产甲烷菌有三种途径生成CH4，但这些途径的最后一步反应都是利用甲基辅酶M还原酶（Methylcoenzyme M reductase，MCR）[12]来制造CH4。MCR是产生CH4的关键酶，限制反应速度，在此步反应中，甲基辅酶M在MCR的催化作用下，发生还原反应，转化成CH4和辅酶M，同时利用辅酶B作为该反应的电子供体[56，1214]。该酶在产甲烷菌内的含量很高，占到总蛋白的10%左右[15]。MCR具有α、β和γ三种不同亚基，每种亚基各有两分子，组成了（α β γ）2六聚体[16]，每个亚基由一条具有完整的三级结构的多肽链构成，各亚基间利用疏水作用结合在一起，构成蛋白质的四级结构。MCR具有Methylcoenzyme M reductase I（MCRI）和Methylcoenzyme M reductaseII（MCRII）两种同工酶[11，17]，能够催化同一个反应，但在蛋白质的分子结构及理化性质等方面都具有着明显差异，是研究物种进化、遗传变异等的优良材料。MCRI由mcrBDCGA操纵子编码，几乎所有产甲烷菌都具有MCRI；MCRII由mrtBDGA操纵子编码，只有甲烷杆菌目和甲烷球菌目具有MCRII[11]。能够具有两种MCR的产甲烷菌中，当H2浓度高时，菌内由MCRII主导，进行催化作用；当H2浓度较低时，MCRI起到主要的催化作用[11，17]，但是目前对菌内MCR I或者MCR II如何主导催化作用的机制尚不明确，仍需进一步探讨。
已有研究数据表明，根据mcrA序列得到的系统发育图谱与根据16srRNA构建的进化树相比较为相似[1821]，并且相较于16srRNA，mcrA序列构建的发育树在不同物种之间存在着更明显的差异，对产甲烷菌的辨别能力更强，可以对产甲烷菌做更细致的分类学研究。

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