目录
摘 要 II
关键词 II
ABSTRACT III
KEY WORDS III
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 材料 2
1．2 分析方法 2
1．2．1 蛋白质基本参数 2
1．2．2 蛋白质结构预测 2
1．2．3 序列比对和系统发生分析 3
2 结果与分析 3
2．1 氢酶基因核酸及相应蛋白序列的分子结构和基础理化性质分析 3
2．2 氢酶基因的亚细胞定位分析和蛋白质信号肽的预测 4
2．3 蛋白质亲疏水性和跨膜区预测分析 5
2．3．1 蛋白质疏水性 5
2．3．2 蛋白质跨膜区 6
2．4 蛋白质结构预测 7
2．4．1 蛋白质二级结构 7
2．4．2 蛋白质三级结构 8
2．4．3 蛋白质功能预测 8
2．5 序列对比和系统发生分析 9
3 讨论 10
致谢 11
参考文献 12
附录一 13
附录二 13
附录三 14
氢酶基因的生物信息分析
摘 要
氢酶(hydrogenase，也称氢化酶)是细菌和藻类产氢反应的催化酶，催化制氢效率极高，是生物产氢的最理想材料。而了解氢酶蛋白主要特点和结构是进行氢酶生物制氢研究的基础。本次实验应用生物信息学原理对藻类铁氢酶代表基因序列进行分析，主要包括铁氢酶基因编码蛋白的基本性质和结构预测，以此为基础构建了铁氢酶蛋白的系统发育树。结果显示，铁氢酶蛋白由一大一小两个亚基构成，主要包含两个结构域：IPR004108(位点70380)和IPR036991(位点385445)；IPR004108结构域参与生物氢激活的机制，而IPR036991结构域表示异二聚体酶的小亚基蛋白，直接参与发酵产氢。另外，铁氢酶主要参与三个Pathway：GO：0046872：与任何金属离子选择性且非共价地相互作用；GO：0055114：氧化还原过程；GO： *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ￥351916072￥ 
0016491：激活氧化还原反应。结合进化树说明了铁氢化酶在真核生物的氢氧化还原的生物过程中起着至关重要的作用，可能是藻类进行正常新陈代谢所必需的酶蛋白。
引言
氢气(hydrogen, H2)是一种无色无味的双原子气体，因为其具有无环境污染且能量释放率高的特点，在新能源工业中有很重要的地位[1]。但因为其虽然制作方法简单，但制作成本高，所以一直未得到大面积推广使用[2]。长时间以来，人们一直认为H2是一种惰性分子，不会对高等动植物产生明显影响。但是近15年，随着对于气体信号分子的研究逐渐深入，科学家认识到H2也是一种新型的气体信号分子，对于生物的代谢过程起到重要的调控作用。目前来说，虽然对于氢气信号分子的研究起步较晚，但到现在为止已取得了很多研究成果。
目前针对外源氢气生物学研究主要分为两方面，氢农学和氢医学。氢农学领域主要包括氢气微生物学效应、氢气植物学效应和氢气动物学效应，也时常会涉及到新材料新能源等方面。而其对应的主要应用就是通过施加外源氢气来提高农林渔牧等相关产品的产量或改良产品的品质[3]。而氢医学的发展起点则是2007年日本科学家太田成男发表的一篇文章，他发现大鼠大脑中动脉缺血再灌注会引起羟基自由基和亚硝酸阴离子自由基的增长而导致氧化损伤，但对其施加外源H2可以选择性清除这两种自由基从而缓解这种情况[4]。这一发现激起了科学家对于氢气医用的信心，引导了大批人员开始进行氢气医学研究。目前通过Web of Science 核心合集的数据分析发现，涉及外源H2改善疾病症状和损伤的论文在2016年就超过300篇[3]。在今年的新冠病毒治疗中，氢氧呼吸机的出现更是氢医学研究的一项重大成果。与纯氧呼吸机相比，氢氧呼吸机通过让患者吸入氢气，一方面可以抗氧化，消除炎症；另一方面可以通过氢分子的物理性“携带”作用，增加氧气摄入，从而防治新冠肺炎的各类后遗症。所以虽然很多人对氢气的了解还停留在氢气球的阶段，但不可否认，氢气生物学的应用已经逐步进入了人们的生产生活中。
上文说明了科学家对于外源H2的调控作用已经有了一定的研究成果，但对于内源H2的研究还处于起步阶段。其实有一些早期研究已经发现，藻类、微生物、动植物等均有产生并释放氢气的能力，但其如何产生的生理过程以及在体内具体的作用机制仍待研究[56]。目前，已有研究发现某些细菌和藻类的产氢过程是由于其体内都含有能够催化H2合成的一种酶类——氢酶(hydrogenase，也称氢化酶)[7]。但动植物体内仍未发现该种酶类，所以无法判定它们是否也是通过此途径产生H2。
氢酶根据其金属中心簇不同分为两类：镍铁氢酶和铁氢酶。对于细菌和藻类体内的氢酶研究目前正在进行，已有部分藻类氢酶基因被克隆和鉴定[811]。本实验主要研究对象为铁氢酶蛋白，采取生物信息学手段来研究其特点和功能。生物信息学是一门利用计算机科学和生物学等多种工具，对于大量数据进行处理、分析和归纳的学科。为了细化实验分析，本实验主要以三种已被测序且数据收录进Genbank里的藻类铁氢酶(ironhydrogenase，HydA)为例，分析过程包括解析hydA蛋白序列的基本特点并对其做出结构预测，以序列为基础对蛋白进行系统进化树构建。希望通过本次研究可以补充并完善大家对藻类氢酶的认识，了解该蛋白的功能，促进氢酶蛋白的应用。

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