氧化還原酶輔因子使用偏好的生物信息學與化學信息學研究.pdf

1、氧化還原反應(oxidation-reduction reaction,也作redox reaction)是生物體內(nèi)基本且重要的反應類型之一，其反應本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，但因氨基酸本身并不具備良好的得失電子能力，所以絕大多數(shù)氧化還原酶催化反應需要輔因子（cofactor）的參與。輔因子是指能與酶結(jié)合并且是催化反應所必需的非蛋白質(zhì)類化合物，主要包括以下兩大類：有機輔因子，如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）、

2、黃素腺嘌呤二核苷酸（FMN）、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）等；金屬輔因子，如鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鈷(Co)等。由于這兩類輔因子都具有良好的得失電子能力，因此有必要研究氧化還原酶對以上兩類輔因子的使用有無選擇偏好性以及探討產(chǎn)生此偏好性的可能原因。
　　本論文綜合使用生物信息學方法和化學信息學方法對生物體內(nèi)氧化還原反應進行研究分析。首先，通過統(tǒng)計SWISS-PROT/TrEMBL數(shù)據(jù)庫中所有氧化還原酶（EC

3、1._._._）（共計1151個酶號）對輔因子的使用情況，按輔因子的使用類型將氧化還原酶分為兩類：使用有機小分子作為輔因子的有機酶和使用金屬離子作為輔因子的金屬酶。發(fā)現(xiàn)氧化還原酶對有機輔因子的使用頻率（76.1％）要遠高于金屬輔因子（14.3%）；其次，為了解釋氧化還原酶對輔因子的使用偏好性，我們選擇了41個物種并通過生物信息學方法對其體內(nèi)氧化還原酶輔因子的使用頻率進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)古核生物和原核生物體內(nèi)大約90%的氧化還原酶使用有機

4、輔因子，真核生物體內(nèi)約78%的氧化還原酶使用有機輔因子。為了進一步解釋上述現(xiàn)象，一方面，對氧化還原酶催化反應方程式進行了分析，發(fā)現(xiàn)有機酶類約28.5%的反應需要氧氣直接參與，而金屬酶類則約為63.2%，因此我們推斷氧氣的出現(xiàn)有可能是導致金屬輔因子使用頻率升高的重要原因；另一方面，又通過化學信息學方法對氧化還原反應涉及的小分子進行了化學性質(zhì)方面的分析，發(fā)現(xiàn)金屬酶組偏好使用疏水性強的小分子，因此我們推斷氧化還原酶選擇使用金屬輔因子是為了更利