基于分子模擬的離子交換層析中靜電相互作用研究.pdf

1、層析技術(shù)是生物大分子分離純化最有效的手段之一，可以實現(xiàn)很高的分離度?；陟o電相互作用的離子交換層析是應(yīng)用最廣泛的蛋白質(zhì)分離技術(shù)，規(guī)?；瘧?yīng)用的成果層出不窮，也建立了不少層析分離模型，可以對特定蛋白質(zhì)的層析分離過程進(jìn)行描述和分析。然而，微觀分離本質(zhì)認(rèn)識的缺乏造成模型分析普遍缺乏預(yù)見性，無法預(yù)估蛋白質(zhì)分子在層析床層中的分離行為。本文嘗試在離子交換層析的靜電相互作用研究中引入計算機分子模擬技術(shù)，構(gòu)筑合適的蛋白質(zhì)-介質(zhì)配基模擬表面，通過分子模擬計

2、算表征相互作用的能量參數(shù)，從層析保留時間實驗獲得描述宏觀分離行為的停留因子，實現(xiàn)微觀模擬計算和宏觀分離現(xiàn)象的定量關(guān)聯(lián)。 選用了蛋清溶菌酶、牛胰凝乳蛋白酶為模型蛋白質(zhì)，陽離子交換吸附劑SPSepharoseFF、CMSepharoseFF和TOSOH公司的ToyopearlSP650M、ToyopearlCM650M為模型層析介質(zhì)。蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)從ProteinDataBank(PDB)數(shù)據(jù)庫中獲得，通過比較分析選擇合適的結(jié)構(gòu)

3、數(shù)據(jù)。采用程序包MCCE、Delphi和Pymol等進(jìn)行分子模擬計算。MCCE程序用于研究pH變化對于蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基質(zhì)子化的影響，獲得不同pH條件下的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。Delphi程序用于研究溶液離子濃度對蛋白質(zhì)周圍靜電勢的影響。 首先采用點電荷模擬，形成離子交換劑內(nèi)孔配基模擬表面，構(gòu)筑蛋白質(zhì)-介質(zhì)配基模擬表面體系。運用基于Poission-Boltzmann方程的Delphi程序計算蛋白質(zhì)和模擬配基表面間的靜電相互作

4、用，考察配基作用距離、作用方向、鹽濃度、pH等影響，獲得靜電相互作用能量參數(shù)。關(guān)聯(lián)宏觀層析實驗和微觀分子模擬計算，發(fā)現(xiàn)層析平衡常數(shù)與相互作用能量參數(shù)間存在良好的線性相關(guān)關(guān)系。為描述不同配基間的差異，進(jìn)一步考慮配基本身的結(jié)構(gòu)與配基原子的電荷分布，運用線性Poission-Boltzmann方程與非線性Poission-Boltzmann方程計算了蛋白質(zhì)-介質(zhì)配基模擬表面之間不同間距和不同鹽濃度的靜電相互作用。計算得到最小結(jié)合能量的變化趨勢