《生物信息学》上机作业

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题目：对人血红蛋白（HBA1）编码基因序列的生物信息分析

目录

引言 .............................................................................................................................................. - 1 -1 正文......................................................................................................................................... - 2 -

1.1 NCBI上对相关核苷酸序列的查找............................................................................ - 2 -

1.2 BLAST运行及其结果.................................................................................................. - 2 -

1.3 BLASTX运行及其结果................................................................................................ - 6 -

2 其他软件的运行及其结果..................................................................................................... - 8 -

2.1 Clustal W运行及其结果 ............................................................................................. - 9 -

2.2 MEGA4.0运行及其结果............................................................................................. - 10 -结论 ............................................................................................................................................ - 10 -

引言

血红蛋白又称血色素，是红细胞的主要组成部分，能与氧结合，运输氧和二氧化碳。血红蛋白含量能很好地反映贫血程度。

血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质，具有四聚体蛋白质四级空间结构。人体内的血红蛋白由四个亚基构成，分别为两个α亚基和两个β亚基，每个亚基由一条肽链和一个血红素分子构成。肽链在生理条件下会盘绕折叠成球形，把血红素分子抱在里面，这条肽链盘绕成的球形结构又被称为珠蛋白。

每1Hb分子由1个珠蛋白和4个血红素(又称亚铁原卟啉)组成。每个血红素又由4个吡咯基组成一个环，中心为一铁原子。每个珠蛋白有4条多肽链，每条多肽链与1个血红至少连接构成Hb的单体或亚单位。Hb是由4个单体构成的四聚体。不同Hb分子的珠蛋白的多肽链的组成不同。成年人Hb(HbA)的多肽链是2条α链和2条β链，为α2β2结构。胎儿Hb(HbF)是2条α链和2条γ链，为α2γ2结构。出生后不久HbF即为HbFA所取代。多肽链中氨基酸的排列顺序已经清楚。血红素的Fe2+均连接在多肽链的组氨基酸残基上，这个组氨酸残基若被其它氨基酸取代，或其邻近的氨基酸有所改变，都会影响Hb的功能。可见蛋白质结构和功能密切相关。

1 正文

1.1 NCBI上对相关核苷酸序列的查找

首先运用NCBI数据库对相关的核弹酸序列进行查找，得到如下FASTA格式结果序列：

图1.1人体血红蛋白亚基1（HBA1），mRNA，NM_000558.5序列

1.2 BLAST运行及其结果

图1.2 与已知序列具有一定相似度的序列

图1.3 基因对比结果

从上述两张图可以看出：前三个对比序列与第7个对比序列到第17个对比序列所引用的核苷酸序列相似度高达100%，第4个对比序列到第6个对比序列与所引核苷酸序列相似度为99%。

在诸多相似的其他序列之中，选取以下三个相似度不同的序列做细致的比对，结果如下：

图1.4黑猩猩血红蛋白亚基1（HBA1） mRNA

此为与所引序列比对相似度高达99%的——黑猩猩血红蛋白亚基1（HBA1）mRNA：此序列来源于黑猩猩（猩猩）生物。编号NM_001042626。

图1.5人类血红蛋白亚基2(HBA2)， mRNA

此为与所引序列比对相似度为100%的——人类血红蛋白亚基2(HBA2)，mRNA序列：此序列来源于智人(人类)生物编号为NM_000517。

图1.6东非狒狒血红蛋白，亚基1（HBA1）, mRNA

此为与所引序列比对相似度为98%的——东非狒狒血红蛋白，亚基1（HBA1）, mRNA序列：此序列来源于东非狒狒（狒狒）生物。编号

NM_001168816.

1.3 BLASTX运行及其结果

通过BLASTX，将由NCBI获得的基因：人体血红蛋白亚基1 HBA1 基因，

NM_000558.5，序列进行翻译为蛋白质后再次进行比对，结果如下：

图1.7 BLASTX运行结果

图1.8 蛋白质比对结果

由运行结果可知，前7个序列与已知人体血红蛋白亚基1 HBA1 基因，部分cds基因序列翻译得到的蛋白质有高度相似性。其得分均在300以上，这些蛋白具有高度同源性。

2 其他软件的运行及其结果

2.1 Clustal W运行及其结果

为了比较不同物种间的亲缘关系，以及不同血红蛋白亚基之间的相似度，我选取了BLASTN运行结果前十项与已知人体血红蛋白亚基1 HBA1 基因序列进行比对，运行了ClustalW运行，得到其结果如下：

图2.1 Clustal W运行结果phlogenetic Tree图谱

由phlogenetic Tree图谱可知：

AK223392.1序列与BC005931.1序列、BC032122.2序列与XM_011960067.1序列、XM_024233299.1序列与 XM_030924410.1序列、XM_010381857.2 序列与NM_000517.6序列之间的亲缘关系最近；

而NM_001042626.1序列与 BC050661.1序列之间亲缘关系较近，其余各序列之间亲缘关系较远。

图2.2 Clustal W运行结果Guide Tree图谱

由Guide Tree图谱可知：

XM_011960067.1序列与NM_001042626.1序列亲缘性最高；同理可知：XM_010381857.2序列与AK223392.1序列、XM_030924410.1序列与BC005931.1

序列亲缘关系最近；

NM_000558.5序列与BC005931.1序列间、XM_024233299.1序列与

BC032122.2序列之间亲缘关系较近；其余序列之间亲缘关系较远。

图2.3 Jalview运行结果

2.2 MEGA4.0运行及其结果

利用邻域加入法来推断其进化历史，通过对生物序列的研究来推测物种的进化历史。通过DNA序列,蛋白质序列,蛋白质结构等来构建系统发育树建立结构进化树。使用邻接法构建系统发生树。

通过MEGA4.0的运行得到如下进化树：

图2.4 MEGA4.0运行结果

结论

由人血红蛋白（HBA1）编码基因序列与其相似序列比对分析可知：人血红蛋白亚基1与血红蛋白亚基2具有高度同源性，可推知血红蛋白可能最初就是从同一种蛋白质发生基因突变，产生的两种不同亚基的血红的蛋白，所以人体的血红蛋白由四个亚基组成,两个α亚基,两个β亚基。并且人体血红蛋白基因序列和人亲缘关系较近的黑猩猩、狒狒等灵长类动物体内的部分基因具有高度的相似性。