不同物種的細(xì)胞色素c分子異同比較分析

1、不同物種的細(xì)胞色素 c 分子異同比較分析細(xì)胞色素 C 是生物氧化反應(yīng)中一種起重要作用的蛋白質(zhì), 它以鐵 葉琳為輔基, 卟琳的 SH 基和 Fe 原子可與蛋白質(zhì)分子中的氨基酸相 結(jié)合，人和其他各種生物的細(xì)胞色素 C 已經(jīng)分離提純，其蛋白質(zhì)結(jié) 構(gòu)比較清楚，對(duì)近百個(gè)生物種，包括各種不同的動(dòng)物、植物、真菌和 細(xì)菌的細(xì)胞色素 C 的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了化學(xué)分析，證明了大部分生 物細(xì)胞色素 C 的蛋白質(zhì)由 105 個(gè)左右的氨基酸組成，一除少數(shù)氨基酸 順序略有變動(dòng)外，大部分氨基酸的順序是相同的。所選用的物種分類物種界門綱目科屬果蠅動(dòng)物界節(jié)肢動(dòng)物門昆蟲綱雙翅目果蠅科果蠅屬黑猩猩動(dòng)物界脊索動(dòng)物門哺乳綱靈長(zhǎng)目人科黑猩

2、猩屬狼動(dòng)物界脊索動(dòng)物門哺乳綱食肉目犬科犬屬牛動(dòng)物界脊索動(dòng)物門哺乳綱偶蹄目?？婆偎墒髣?dòng)物界脊索動(dòng)物門哺乳綱嚙齒目松鼠科松鼠屬智人動(dòng)物界脊索動(dòng)物門哺乳綱靈長(zhǎng)目人科人屬野豬動(dòng)物界脊索動(dòng)物門哺乳綱偶蹄目豬科豬屬文昌魚動(dòng)物界脊索動(dòng)物門頭索綱文昌魚目文昌魚科文昌魚屬蜜蜂動(dòng)物界節(jié)肢動(dòng)物門昆蟲綱膜翅目蜜蜂科蜜蜂屬擬南芥植物界被子植物門雙子葉 植物綱十字花目十字花科擬南芥屬向日葵植物界被子植物門雙子葉 植物綱菊目菊科向日葵屬玉米植物界被子植物門單子葉 植物綱禾本目禾本科玉蜀黍?qū)侔咨?珠菌真菌屆真菌門鏈抱菌原核生 物界細(xì)菌門十四個(gè)物種的細(xì)胞色素C蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)果蠅 黑運(yùn)渥文邑魚擬南芥 冋豆葵果蠅 黑運(yùn)渥文邑魚

3、擬南芥 冋豆葵白三念珠茵Clustal Cons Consensuis一一MS一一VPflGDVEKGKKLFVQBCQCHTVEGGKHKVGPNlHGLIGRKTGQAAGFiYTDA WGDVEKGKKIEIMEC8QCHTVEEGGKHKTGPNXHG：LFGPKTGQAPGYSTJlJl： MGDHEKEKK 工 EVCKCQCHTVERGGKHKTGPNLHGLFGR K 史 GQAPGFBYTDSr 則DEKi?KKI：EV!EF；C：EC；IiTE：E：；3GKHP：TGFKIiHiSIihGRK1iSESiFimESYrrEiIV MGDEKEKR 工 EIQKCSQCHTV

4、EKGGKHKTGPNIHGLFGRKTGQAAGFTYTEA 期 GDHEKGKK 工 EIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNlHGLFGRKTGQaPGYSYTaA WGDVEKGKKIEVGECJlQCHTVEKGGKHKTGPNXHGLTGPKTGQAPGESVTDJl： 一一MADSV2KGNPDKGKKVEVGEC2QCHTVEEGGKHKTGPNLNG：LFGRKTGGSGFSYTDA 一一MS一一IFSiGDFEKGKK 工臣嚴(yán)侖氏匚王QCHT匸E 日匚MJSEDESPPGNSKAGER 工 ERTKC 耳 QdHTFE 自 GaGHKQGFWILEGHHGRQ 日 GT

5、T哲 日 眞哲: MSESESPflGNPTTGER 工 IFKTKC!必一一MPPFEKGSEKKG2lTLEKTBCLQCHTVEKGGPHKVGPNXHGVFGPKSGLAEYSVTDJl： 一一MPAEFEKGSEKKGATLFKTBCLQCHTVEEGGPHKVGPNIHGVFGRKSGLAESYSYTDA MGESaGDSKKGJbNLFKTECQCHTliEEGGGNKIGFIiHGLz GRKTGSVDGYAYTDAJr認(rèn) 4r * W 火丹比 * W Jr 4r sV Jr Jr iV 4* Jr右 * tIBIBHI C QCHT EG ?； GP L G G R G G

6、Y0708090LDO110NRaRGITWMEDTLFEYLENPRRYLPGTKMLFAELKKPNER ?EL工總YLK3畐工百一一 NKNRGrrWSEDTLMEYLENPKKYr?GTKMrVETKKKEERADLTIKKSTKE- NKNKGITWSEETLUEYL EKIFKKY 工 F百TK 間工丁 也住工KKTEER 盒CL 工豈YIjKK詹TEE NKNKGITlPjEETLlilEYLENFKKYL?GTKMLTEIEKKGEREELI2.YLKKSTKE- NKKKGIIWEETLUEYLENPKKYLPGTKLdL 可匚工KKKGEEECL工耳更IKK酉衛(wèi)氐E- BK

7、KKGLLWSEETLEYLENFKKYIGTKMiyVGIKKKEERELIYLKKSTKE- NKNBGITWGEETLMEYLENPKKYLPGTKLdLrGlKKKtEREDLIYLKKSTKE- NKNRGITWEDTLVYLENPKRYLPGTKMVFAELKKKtERAEL工SYLKESTSS NRGRGITWKETLFELENPKRYL?GTKMV FAELKRPGERAEL工咼 YHEQ召 S 百一一 NRNRSVEV；EEKJ4LYDYLLMPRKYL?GTKMVFPELKKPGERkEL 工真 YLKEST 昌 PEI NKNKiVrEETLYDYLLNFKKYrPGTK

8、LdV-FGFKKPQERELiaYLKTST?.一一 NKKKGVEWTEGTMSDYLENPKKYrPGTKMS-SELKKPKERELVTYLEKaTS一一 NKKKGVEWTEGTM3DYL NKQKGITliiJEETLFEYLENPKKYLPGTKMJiFSELKKEKERXEIITFMKESTJl- 講* + W 4 4 4 4 2 2 4 4 4* “ Wff Mr sr Wr 希 n n h hnnaiHHiHi nnNK K WYL KPKKYL?GTKM G KK R D黑猩猩和牛的細(xì)胞色素 c 的序列對(duì)比黒握猩Clustal ConsConsensus黒握猩Clusta

9、l ConsConsensusMDVERrnKKI-VGKCaGCHTVEKGGKHKTnPNIjHGLFGRKTGaAPGFSYTDANKnKITIivGl4r 4七a去總*樂&心 ”認(rèn)H七去*4總* 4百a去總*也* *”*4 * a去H七心* 442 4f 4f ik 4r -k-MGDVEKGKKIE KC 2CHT7ERGGKHKTGPN1HGLFGRKTGQAPG ST SNKHEGI PvGT T T | T T T T |TTTT|TTTT| T T T T |TTTr|TTTT| T T T T | T T T T | T )70SO90LOOEETLMEYLEMPKKYZP

10、3TKMIFVGIKKKEERZELIiYLEKSTNE EETLMEYLE2QPKKYIZFWTKM1： 3呂G HKK眩左ERECL IYLEKSTNE r iJU JU Jf JU Jf 4t at 4r Jr Jf JU Jf 4f 4r JU Jf 4t Jf JU Jf JU Jf 4t JU1 Jf Jf Jf 4r JU JU Jf aJU Jf Jk JU- JU；E TLMEYIENEKRYIPGTKMIF GIKKK ER DLISYLEKSTNE黑猩猩和玉米的細(xì)胞色素 c 序列對(duì)比1黑猩猩玉米Clustal ConsConsensus101黑猩猩玉米Clustal Co

11、nsConsensusMGEVEKGKKITIMKCSGCHTVEK ；C HKTGPILHGLZGRKTGGPYSYTSANK： MFFEEKoSEKKGJbTLiKTRCLQCHTVEKoGFHKVGEKllHGVFGRKSGIjSEGYSTTEISIKI Jr火 4* *24 4f Jr Jr JU JrsJU 4Jf Jr Jf * Jr Jr Jr sJU 4 4* 火*f Qe 4 Qf 4Jf Jr Jf KGFCQCHTVEK ；GHKGPMLHGFGRKG召GYSYTANK073BO90LOOLLONKGrlZVirELTZiMETLEHPEKlZPTKMIFV r 匚氐K氐

12、EER正匸L 工土工Ii眩氏為TOEKK 7VEWTE；TM3DYLEMPKKIIPGTKMFGtZKKPEEPl；rLVTYLKKT3-j. Ju Jn j. t/aJuJtJnJft/iiJrJtiJiiJiiJa 4 t/a Ja Jti JuJrh.A Ju Ju ! t/a Ju Ju 4 4mhKG WET Y1ENPEKYIPGTKM F G RK B EL YLKKT上圖中，十四個(gè)物種分別來自于不同的界門綱目，共有的保守氨 基酸序列有 43 個(gè)，一致性非常高，其中黑猩猩和智人的序列式完全 相同的，通過黑猩猩和牛的序列對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同為哺乳動(dòng)物，它們的細(xì)胞色素c序列幾乎完全 一直，只

13、有少數(shù)幾個(gè)突變點(diǎn)；通過黑猩猩和玉米的細(xì)胞色素 c 的序列 對(duì)比發(fā)現(xiàn)，它們顯然沒有黑猩猩和牛的序列一致性高，但仍有超過一 半的一致性序列。雖然有的物種在親緣關(guān)系中相隔很遠(yuǎn), 但是氨基酸順序很多相同, 說明它們?cè)谶M(jìn)化過程中, 是由共同祖先演化而來的，又由于生物有機(jī) 體突變,，在某一個(gè)歷史階段, 產(chǎn)生了許多不同的個(gè)體, 各自朝不同的 方向演化，所以，各個(gè)生物有機(jī)體細(xì)胞色素C氨基酸排列順序不完全 相同。不同物種之間的親緣關(guān)系越近, 其細(xì)胞色素 C 的結(jié)構(gòu)越相似, 反之差異越大。但同時(shí)雖然朝著不同的方向進(jìn)化，但是細(xì)胞色素 c 的 很多氨基酸序列的進(jìn)化是非常保守的，因此可以推測(cè)這些序列在細(xì)胞 色素 c 的

14、基本功能方面發(fā)揮著很重要的作用，對(duì)細(xì)胞色素 c 的結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定起著關(guān)鍵的作用。白色念珠菌、牛和智人分別屬于不同的界、門、綱、目, 它們之間的 親緣關(guān)系，總的看來是相距很遠(yuǎn)的，也有的相對(duì)說來親緣關(guān)系比較近, 例如智人和牛, 白色念珠菌、牛和智人分別屬于不同的界、門、綱、目, 它們之間的 親緣關(guān)系，總的看來是相距很遠(yuǎn)的，也有的相對(duì)說來親緣關(guān)系比較近, 例如智人和牛, 這種親緣關(guān)系在它們的細(xì)胞色素 C 的一級(jí)結(jié)構(gòu)中明 顯地反映出來。以下是通過它們的細(xì)胞色素 c 的序列構(gòu)建的進(jìn)化樹。+蚩捱+據(jù)南芥+向曰葵+玉米+白色念珠菌6T十嶺抱菌! +文昌魚!II!+_8+-狼III!+黒猩猩!+11+5!+9+智

15、人III I!+-12+松鼠! +牛!+-10!+野豬+果麟Difference count MatrixDifference Count Matrix果蠅黑猩猩狼松鼠智人野豬文昌魚蜜蜂22擬南芥104向日葵102玉米104白色念珠104鏈抱菌34果蠅ID9897989898106黑猩猩98ID1180101059810710510510598狼9711ID3121131059810710510410497牛98103ID91001059810710510410498松鼠988129ID8910598107105103103991 厶 PPv智人98011108ID10105981071051

16、0510598野豬981030910ID1059810710510410498文昌魚106105105105105105105ID1061051014242106蜜蜂22989898989898106ID10410310310341擬南芥104107107107107107107105104ID16105105108向日葵10210510510510510510510110316ID104104106玉米10410510410410310510442103105104ID0103白色念珠菌104105104104103105104421031051040ID103鏈抱菌349897989998

17、9810641108106103103ID根據(jù)多種生物細(xì)胞色素 C 氨基酸序列的差異程度, 可繪出生物進(jìn) 化的系統(tǒng)樹。這個(gè)系統(tǒng)樹與過去傳統(tǒng)的依靠形態(tài)和解剖上特征繪制的 系統(tǒng)樹基本上相符。但是, 這種系統(tǒng)樹比過去的系統(tǒng)樹有更多的優(yōu)點(diǎn), 它反映了生物本質(zhì)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是生命活動(dòng)基礎(chǔ)，并且蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 可以定量, 故在這種系統(tǒng)樹上有了量的概念, 這是老的系統(tǒng)樹做不到 的。對(duì)于一些個(gè)體大的高等生物, 因?yàn)樗鼈冃螒B(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 異同之處 十分明顯, 所以用形態(tài)和解剖的方法繪制進(jìn)化的系統(tǒng)樹令人信服, 而 對(duì)于一些形態(tài)微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的微生物進(jìn)化, 只有用這種新方法才能 得出更加可靠令人信服的結(jié)果。十四個(gè)物種細(xì)胞色素c序列中高度保守氨基酸數(shù)目統(tǒng)計(jì)種 類GFCQHTEKPLRYNWID數(shù) 目9211121832232111這些高度保守的氨基酸多分布在無規(guī)則卷曲和B突起中，因?yàn)闊o規(guī)則卷曲通常與蛋白質(zhì)功能密切相關(guān)，B突起細(xì)調(diào)肽鏈走向而影響蛋白質(zhì) 三維結(jié)構(gòu)，要形成具有穩(wěn)定功能和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的細(xì)胞色素c,這些高度保守的氨基酸序列非常關(guān)鍵，并且不能突變，突變會(huì)造成其蛋白質(zhì)功能缺失而被淘汰，這也從另一個(gè)角度說明了分子進(jìn)化的理論依據(jù)。十四個(gè)物種細(xì)胞色素 c 序列熵圖t u t u i e u it 14 * it n a ia a* u