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生化作业 10/20/2013 不同物种的细胞色素c分子异同比较分析 细胞色素C 是生物氧化反应中一种起重要作用的蛋白质, 它以铁叶琳为辅基, 卟琳的SH 基和Fe 原子可与蛋白质分子中的氨基酸相结合，人和其他各种生物的细胞色素C 已经分离提纯，其蛋白质结构比较清楚，对近百个生物种，包括各种不同的动物、植物、真菌和细菌的细胞色素C 的蛋白质结构进行了化学分析，证明了大部分生物细胞色素C的蛋白质由105个左右的氨基酸组成，一除少数氨基酸顺序略有变动外，大部分氨基酸的顺序是相同的。 所选用的物种分类 物种 界 门 纲 目 科 属 果蝇 动物界 节肢动物门 昆虫纲 双翅目 果蝇科 果蝇属 黑猩猩 动物界 脊索动物门 哺乳纲 灵长目 人科 黑猩猩属 狼 动物界 脊索动物门 哺乳纲 食肉目 犬科 犬属 牛 动物界 脊索动物门 哺乳纲 偶蹄目 牛科 牛属 松鼠 动物界 脊索动物门 哺乳纲 啮齿目 松鼠科 松鼠属 智人 动物界 脊索动物门 哺乳纲 灵长目 人科 人属 野猪 动物界 脊索动物门 哺乳纲 偶蹄目 猪科 猪属 文昌鱼 动物界 脊索动物门 头索纲 文昌鱼目 文昌鱼科 文昌鱼属 蜜蜂 动物界 节肢动物门 昆虫纲 膜翅目 蜜蜂科 蜜蜂属 拟南芥 植物界 被子植物门 双子叶植物纲 十字花目 十字花科 拟南芥属 向日葵 植物界 被子植物门 双子叶植物纲 菊目 菊科 向日葵属 玉米 植物界 被子植物门 单子叶植物纲 禾本目 禾本科 玉蜀黍属 白色念珠菌 真菌届 真菌门 链孢菌 原核生物界 细菌门 十四个物种的细胞色素c蛋白质一级结构 黑猩猩和牛的细胞色素c的序列对比 黑猩猩和玉米的细胞色素c序列对比 上图中，十四个物种分别来自于不同的界门纲目，共有的保守氨基酸序列有43个，一致性非常高，其中黑猩猩和智人的序列式完全相同的，通过黑猩猩和 牛的序列对比发现，同为哺乳动物，它们的细胞色素c序列几乎完全一直，只有少数几个突变点；通过黑猩猩和玉米的细胞色素c的序列对比发现，它们显然没有黑猩猩和牛的序列一致性高，但仍有超过一半的一致性序列。 虽然有的物种在亲缘关系中相隔很远, 但是氨基酸顺序很多相同, 说明它们在进化过程中, 是由共同祖先演化而来的，又由于生物有机体突变,，在某一个历史阶段, 产生了许多不同的个体, 各自朝不同的方向演化, 所以, 各个生物有机体细胞色素C 氨基酸排列顺序不完全相同。不同物种之间的亲缘关系越近, 其细胞色素C 的结构越相似, 反之差异越大。但同时虽然朝着不同的方向进化，但是细胞色素c的很多氨基酸序列的进化是非常保守的，因此可以推测这些序列在细胞色素c的基本功能方面发挥着很重要的作用，对细胞色素c的结构稳定起着关键的作用。 . 白色念珠菌、牛和智人分别属于不同的界、门、纲、目, 它们之间的亲缘关系，总的看来是相距很远的，也有的相对说来亲缘关系比较近, 例如智人和牛, 这种亲缘关系在它们的细胞色素C 的一级结构中明显地反映出来。以下是通过它们的细胞色素c的序列构建的进化树。 Difference count Matrix 根据多种生物细胞色素C 氨基酸序列的差异程度, 可绘出生物进化的系统树。这个系统树与过去传统的依靠形态和解剖上特征绘制的系统树基本上相符。但是, 这种系统树比过去的系统树有更多的优点, 它反映了生物本质。因为蛋白质是生命活动基础，并且蛋白质的结构可以定量, 故在这种系统树上有了量的概念, 这是老的系统树做不到的。对于一些个体大的高等生物, 因为它们形态结构复杂, 异同之处十分明显, 所以用形态和解剖的方法绘制进化的系统树令人信服, 而对于一些形态微小、结构简单的微生物进化, 只有用这种新方法才能得出更加可靠令人信服的结果。 十四个物种细胞色素c序列中高度保守氨基酸数目统计 种类 G F C Q H T E K P L R Y N W I D 数目 9 2 1 1 1 2 1 8 3 2 2 3 2 1 1 1 这些高度保守的氨基酸多分布在无规则卷曲和β突起中，因为无规则卷曲通常与蛋白质功能密切相关，β突起细调肽链走向而影响蛋白质三维结构，要形成具有稳定功能和稳定结构的细胞色素c，这些高度保守的氨基酸序列非常关键，并且不能突变，突变会造成其蛋白质功能缺失而被淘汰，这也从另一个角度说明了分子进化的理论依据。 十四个物种细胞色素c序列熵图 这个图说明的是细胞色素c序列上不同位置氨基酸的突变率，峰值越高，则突变的可能性越大；谷处的氨基酸位置则是一些极为保守的氨基酸，它们在细胞色素c蛋白的结构和基本功能方面有着极为关键的作用。这为我们研究新的蛋白质提供了新的思路，我们可以把不同物种的