高溫和定點突變方法對蛋白質的結構穩(wěn)定性研究.pdf

1、蛋白質是生物體內重要的組成成分之一，幾乎參與所有的生命過程和細胞活動。它在細胞的信號轉導、生物代謝、細胞粘附、個體生長發(fā)育、蛋白質-蛋白質相互作用等方面都扮演著重要的角色。大多數(shù)蛋白質在生物細胞體內都處于解聚和聚合的動態(tài)過程，并且其動態(tài)過程會受到細胞內環(huán)境的影響，而這種動態(tài)特征又是實現(xiàn)其生理功能的前提條件。因此，研究蛋白質的結構變化及穩(wěn)定性對了解生理功能的發(fā)揮具有重要意義。本論文主要采用分子動力學(Molecular Dynamics，

2、MD)模擬與操控式分子動力學(Steered Molecular Dynamics，SMD)模擬相結合的方法，選取了可傳播性海綿狀腦病(Transmissible Spongiform Encephalopathies，TSE)相關的朊蛋白體系和糖尿病相關的胰島素樣生長因子(Insulin-like Growth Factors，IGFs)與胰島素樣生長因子結合蛋白(IGF-binding proteins，IGFBPs)體系，從原子尺

3、度探討了蛋白質分子內及分子間相互作用與結構穩(wěn)定性的關系，研究了升溫和定點突變方法對蛋白質高級結構穩(wěn)定性的影響。這有助于更深入的理解蛋白質相互作用的分子基礎，為相關的藥物分子設計和關鍵位點的檢測方法提供可行性建議。
　　論文主要由以下五部分組成:
　　第1章，對蛋白質及其蛋白質-蛋白質相互作用進行簡要的介紹，并概述了研究蛋白質結構穩(wěn)定性常用的方法和主要內容。
　　第2章，介紹了分子動力學模擬和操控式分子動力學模擬方法的基

4、本原理。
　　第3章，使用MD模擬，結合單點丙氨酸突變方法研究了IGF-Ⅰ與IGFBPs之間的相互作用以及突變效應對二者之間相互作用位點和結合能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ與IGFBPs靜態(tài)的結合位點在動態(tài)結構中會發(fā)生變化，動力學方法有助于清楚地理解二者的結合機理。以占有率為準則篩選出六個突變位點，用丙氨酸突變掃描比較分析了突變對二者結合能力的影響。從原子尺度上解釋了IGF-Ⅰ與IGFBPs之間的相互作用機理，詳細分析了突變效應

5、對構象和結構的影響，從新的角度更加詳盡的闡釋了定點突變體系所表現(xiàn)出來的生物化學性能并不能直接用于表征被突變殘基的生物學功能這一觀點。
　　第4章，分別采用單點突變和多點突變方法研究了IGFBP4與IGF-Ⅰ之間的相互作用情況以及關鍵結合位點的分布特征，并對反極性定點突變方法對二者之間相互作用的影響進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，定點突變不一定會直接引起解螺旋的發(fā)生，并且二級結構的變化并不是影響二者之間結合能力的根本原因。因此，采用定點突變的

6、方法來研究單個殘基在整個體系中的生物學活性是不合適的。多點突變的結果也說明，突變效應并不一定隨著突變位點的增加而增加，突變位點的選擇才是有效定點突變的關鍵所在。
　　第5章，研究了溫度誘導動物朊蛋白的解折疊機理，探討了不同溫度對動物朊蛋白的解折疊路徑的影響，并比較分析了三級結構略有不同的兩個動物朊蛋白的解折疊信息。研究發(fā)現(xiàn)，不同溫度下二級結構解折疊順序相似，與文獻中的研究結論一致。β-折疊在兩個動物朊蛋白體系中都是非?；钴S的二級結