乙醇脫氫酶—1B（ADH1B）基因的生物信息學分析

楊澤禹　張碧亮

摘 要：本研究通過對ADH1B編碼基因產物的亞細胞定位、信號肽、疏水性等預測，分析其基因編碼蛋白的功能。結果顯示，ADH1B編碼基因產物為親水性蛋白，不具備信號肽和跨膜結構。二級結構以α-螺旋與無規(guī)則卷曲為主。序列分析表明，ADH1B基因編碼產物很可能在免疫應答中起到關鍵作用。

關鍵字：ADH1B基因；生物信息學；結構與功能

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)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和ADH1C為I型，ADH4，ADH5，ADH7和ADH6分別為Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ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基因；采用 DNAMAN及 DNA Star軟件預測分析理化性質；用ProtScale在線軟件分析疏水性和親水性；采用 SignalP3.0預測蛋白信號肽；用 PSORTⅡ軟件進行亞細胞定位分析；用在線分析軟件PBIL和SWISS—MODEL預測二級和三級結構。

2 分析過程與結果

2.1 ADH1B基因編碼產物的理化性質

用 Bioedit及 DNA Star分析軟件對乙醇脫氫酶-1B（ADH1B）基因編碼產物的理化性質進行預測，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 Val（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 39.833 kD，理論等電點為8.53。

2.2 ADH1B基因編碼產物疏水性，親水性預測

分析蛋白質的疏水性/親水性由ExPASAy服務器的Protscale分析軟件，采用K—D法預測。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（—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基因編碼產物的信號肽

采用丹麥技術大學生物序列中心開發(fā)的強大的信號肽檢測工具SignalP對ADH1B基因編碼產物進行分析，程序利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行信號肽分析，并得到3種C、Y、S值計算結果。分析知：ADH1B基因編碼產物曲線的c值為0.11、 Y值為0.123、 S值為0.153。基本可以推斷ADH1B基因編碼產物不存在信號肽。

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基因編碼產物序列的1-375都位于胞外，據(jù)此推斷，BCRho3基因編碼產物不含有跨膜結構域。

2.4 ADH1B基因編碼產物亞細胞定位

通過PSORTⅡ工具預測ADH1B基因編碼產物的亞細胞定位，結果表明，其分布在細胞質的可能性為39.1%，分布在細胞核的可能性為17.4%，分布在內質網(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基因編碼產物主要在細胞質中發(fā)揮生物學作用。

2.5 ADH1B基因編碼產物結構功能預測

通過Protfun軟件預測ADH1B基因編碼產物的功能，結果表明，該蛋白可能作為免疫應答來發(fā)揮作用的可能性最大，為 0.406。由此推斷，ADH1B可能在免疫應答過程中具有調節(jié)作用。

2.6 ADH1B基因編碼產物的二級與三級結構預測

采用PBIL分析軟件預測 ADH1B基因編碼產物的二級結構。結果表明，ADH1B基因編碼產物主要由21.81%α-螺 旋、22.61%延伸鏈和55.32%無規(guī)則卷曲組成。由此可推斷，α-螺旋與無規(guī)則卷曲是ADH1B最主要的蛋白質二級結構元件，延伸鏈則散布于整個蛋白質中。

應用Swiss-Model程序預測ADH1B基因編碼產物的三級結構，以PDB數(shù)據(jù)庫中的1u3u為模型進行同源建模，結果α-螺旋主要在內部，具有較大優(yōu)勢，無規(guī)則卷曲環(huán)包在外，構成具有球狀蛋白。

3 結論

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，這與亞細胞定位預測結果該蛋白主要在細胞質中發(fā)揮生物學作用相符。該蛋白沒有跨膜結構，與三級結構分析的結果相符。功能預測分析表明，ADH1B蛋白作為免疫應答來發(fā)揮作用。本研究對大多數(shù)類型的預測均采用了多種不同軟件，它們預測的一致性具有較高的可信度，分析結果為深入研究 ADH1B蛋白的分子結構及其功能奠定了基礎，為今后進一步研究ADH1B基 因的功能作用提供資料參考。

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