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(shí)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(duì)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(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)

2、算表征相互作用的能量參數(shù)，從層析保留時(shí)間實(shí)驗(yàn)獲得描述宏觀分離行為的停留因子，實(shí)現(xiàn)微觀模擬計(jì)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(jì)算。MCCE程序用于研究pH變化對(duì)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(duì)蛋白質(zhì)周圍靜電勢(shì)的影響。 首先采用點(diǎn)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(yùn)用基于Poission-Boltzmann方程的Delphi程序計(jì)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(shí)驗(yàn)和微觀分子模擬計(jì)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(yùn)用線性Poission-Boltzmann方程與非線性Poission-Boltzmann方程計(jì)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(jì)算得到最小結(jié)合能量的變化趨勢(shì)