高溫和定點(diǎn)突變方法對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究.pdf

1、蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)重要的組成成分之一，幾乎參與所有的生命過程和細(xì)胞活動(dòng)。它在細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物代謝、細(xì)胞粘附、個(gè)體生長發(fā)育、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用等方面都扮演著重要的角色。大多數(shù)蛋白質(zhì)在生物細(xì)胞體內(nèi)都處于解聚和聚合的動(dòng)態(tài)過程，并且其動(dòng)態(tài)過程會(huì)受到細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的影響，而這種動(dòng)態(tài)特征又是實(shí)現(xiàn)其生理功能的前提條件。因此，研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(dòng)力學(xué)(Molecular Dynamics，

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

3、度探討了蛋白質(zhì)分子內(nèi)及分子間相互作用與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系，研究了升溫和定點(diǎn)突變方法對蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。這有助于更深入的理解蛋白質(zhì)相互作用的分子基礎(chǔ)，為相關(guān)的藥物分子設(shè)計(jì)和關(guān)鍵位點(diǎn)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(zhì)及其蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用進(jìn)行簡要的介紹，并概述了研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性常用的方法和主要內(nèi)容。
　　第2章，介紹了分子動(dòng)力學(xué)模擬和操控式分子動(dòng)力學(xué)模擬方法的基

4、本原理。
　　第3章，使用MD模擬，結(jié)合單點(diǎn)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(yīng)對二者之間相互作用位點(diǎn)和結(jié)合能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ與IGFBPs靜態(tài)的結(jié)合位點(diǎn)在動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)中會(huì)發(fā)生變化，動(dòng)力學(xué)方法有助于清楚地理解二者的結(jié)合機(jī)理。以占有率為準(zhǔn)則篩選出六個(gè)突變位點(diǎn)，用丙氨酸突變掃描比較分析了突變對二者結(jié)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(jī)理，詳細(xì)分析了突變效應(yīng)

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

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