蚕丝蛋白和蜘蛛丝蛋白的生物信息学研究

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1、蚕丝蛋白和蜘蛛丝蛋白的生物信息学研究摘要蜘蛛和蚕同属于节肢动物，蜘蛛丝与蚕丝又同属于蛋白质纤维。蜘蛛丝力学性能好，具有广阔的应用前景，但产量非常低；而蚕丝力学性能较蜘蛛丝差，但产量相对较高。因此，人们期望对蚕丝进行改造，使之除了作为纺织品外，还能兼备蜘蛛丝的某些特性。在进行跨物种间基因工程改造时，我们首先需要找到蜘蛛丝蛋白和蚕丝蛋白中在蛋白特性和进化方面相近的蛋白。本研究采用生物信息学方法，从美国国家生物技术信息中心（NCBI）公共数据库中下载了14条完整的蜘蛛丝和蚕丝蛋白的氨基酸序列，并对其进行了氨基酸组成分析、疏水性谱分析、蛋白糖基化修饰预测、蛋白

2、磷酸化位点预测、分子种系发生分析、蛋白质二级结构预测和蛋白质三级结构预测。结果表明，蜘蛛的聚状腺丝和葡萄状腺丝与蚕的丝胶蛋白在蛋白特性和进化关系上较近；蜘蛛的大壶状腺丝与蚕丝的丝纤蛋白特性和进化关系上较近。因此在进行蜘蛛丝和蚕丝基因工程改造时，建议首先从这两组蛋白之间的改造开始。关键词：蜘蛛丝蚕丝生物信息学进化关系基因工程改造1前言蜘蛛和蚕产生的丝蛋白纤维体现了力和美，它们是自然界中生物工程的奇迹[1]。尽管蜘蛛丝和蚕丝蛋白在氨基酸组成方面比较相似，但它们在力学性能方面却存在较大差异[2,3]。生物大分子是目前高分子领域中很活跃而且富有挑战性的一个研究

3、领域，蛋白质是一类重要的生物大分子[3]。蚕丝是人类利用最早的天然蛋白质之一。相比之下，蜘蛛丝虽然不如蚕丝应用时间悠久，但蜘蛛丝是自然界力学性能最好的蛋白质纤维[4]。这使得对于蚕丝和蜘蛛丝的研究必不可少。关于蜘蛛丝蛋白，现已有关于对蜘蛛丝蛋白质的分类及研究，以及对于不同种类的蜘蛛丝的不同力学性能的研究[4]。因为蜘蛛丝具有良好的力学性能，所以人们将蜘蛛丝应用于防弹服、光学显微镜上的十字准线、外科手术缝合线等地方[5,6]。也有对部分蜘蛛种类、部分蜘蛛丝种类的氨基酸组成，及其与纤维分子结构及性能间的关系的研究[6,7]。更多的则在其性能及应用上进行研究

4、。关于蚕丝蛋白，也有很多关于其性能、应用的研究。以及结合蚕丝蛋白的结构，关于提高、改变其某些特性的方法的研究[3,5]。然而对于解答“蜘蛛丝和蚕丝的异同”，根本上还应该从分子水平，即蛋白质的氨基酸组成和蛋白质的结构（二级结构和三级结构）入手。关于蜘蛛丝和蚕丝蛋白的比较研究还未见有报道，而采用生物信息学方法对它们进行研究更是我们首次进行。蜘蛛丝具有超凡的机械强度，具有广阔的应用前景，是目前研究热点，但蜘蛛丝产量非常低。蚕丝产量相对较高，因此人们期望对蚕丝进行改造，使之除了作为纺织品外，还能兼备蜘蛛丝的某些特性。期望我们的研究能为实现这一目标尽微薄之力。2

5、数据和方法2.1数据37蚕丝蛋白和蜘蛛丝蛋白的生物信息学研究摘要蜘蛛和蚕同属于节肢动物，蜘蛛丝与蚕丝又同属于蛋白质纤维。蜘蛛丝力学性能好，具有广阔的应用前景，但产量非常低；而蚕丝力学性能较蜘蛛丝差，但产量相对较高。因此，人们期望对蚕丝进行改造，使之除了作为纺织品外，还能兼备蜘蛛丝的某些特性。在进行跨物种间基因工程改造时，我们首先需要找到蜘蛛丝蛋白和蚕丝蛋白中在蛋白特性和进化方面相近的蛋白。本研究采用生物信息学方法，从美国国家生物技术信息中心（NCBI）公共数据库中下载了14条完整的蜘蛛丝和蚕丝蛋白的氨基酸序列，并对其进行了氨基酸组成分析、疏水性谱分析、

6、蛋白糖基化修饰预测、蛋白磷酸化位点预测、分子种系发生分析、蛋白质二级结构预测和蛋白质三级结构预测。结果表明，蜘蛛的聚状腺丝和葡萄状腺丝与蚕的丝胶蛋白在蛋白特性和进化关系上较近；蜘蛛的大壶状腺丝与蚕丝的丝纤蛋白特性和进化关系上较近。因此在进行蜘蛛丝和蚕丝基因工程改造时，建议首先从这两组蛋白之间的改造开始。关键词：蜘蛛丝蚕丝生物信息学进化关系基因工程改造1前言蜘蛛和蚕产生的丝蛋白纤维体现了力和美，它们是自然界中生物工程的奇迹[1]。尽管蜘蛛丝和蚕丝蛋白在氨基酸组成方面比较相似，但它们在力学性能方面却存在较大差异[2,3]。生物大分子是目前高分子领域中很活跃

7、而且富有挑战性的一个研究领域，蛋白质是一类重要的生物大分子[3]。蚕丝是人类利用最早的天然蛋白质之一。相比之下，蜘蛛丝虽然不如蚕丝应用时间悠久，但蜘蛛丝是自然界力学性能最好的蛋白质纤维[4]。这使得对于蚕丝和蜘蛛丝的研究必不可少。关于蜘蛛丝蛋白，现已有关于对蜘蛛丝蛋白质的分类及研究，以及对于不同种类的蜘蛛丝的不同力学性能的研究[4]。因为蜘蛛丝具有良好的力学性能，所以人们将蜘蛛丝应用于防弹服、光学显微镜上的十字准线、外科手术缝合线等地方[5,6]。也有对部分蜘蛛种类、部分蜘蛛丝种类的氨基酸组成，及其与纤维分子结构及性能间的关系的研究[6,7]。更多的则

8、在其性能及应用上进行研究。关于蚕丝蛋白，也有很多关于其性能、应用的研究。以及结合蚕丝蛋白的结构