分子動力學研究微管蛋白及其活性肽段的構象和穩(wěn)定性.pdf

1、微管蛋白作為細胞骨架微管的重要結構單元，不僅參與了植物細胞的有絲分裂、物質(zhì)運輸、細胞壁構建以及氣孔保衛(wèi)細胞的分化等眾多生理活動，而且也是多種藥物分子如秋水仙素、長春花堿、紫杉醇的作用靶點。微管蛋白在生物細胞體內(nèi)是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(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)和影響，而這種動態(tài)特性又是其實現(xiàn)其生理功能的前提條件。因此，微管蛋白的結構及其穩(wěn)定性對其生理功能的發(fā)揮具有十分重要的作用。為了深入理解微管蛋白的功能及作用機制，首先必

2、須研究其在不同環(huán)境下的構象特征、穩(wěn)定性及構象動態(tài)轉(zhuǎn)變過程。
　　運用分子動力學(MD)方法，模擬了微管蛋白在生理溫度（常溫300 K）、低溫(15 K)和高溫（500和700 K）下構象轉(zhuǎn)變的動態(tài)過程。結合蛋白質(zhì)整體結構和活性部位肽段的構象分析，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)在各個條件下平衡態(tài)構象特征以及構象轉(zhuǎn)變的動態(tài)過程并不相同，微管蛋白在常溫下構象變化幅度較小，因此具有良好的結構穩(wěn)定性;而微管蛋白在高溫和低溫下都會變性，但其機制不同:高溫下維系蛋

3、白質(zhì)結構的氫鍵遭到嚴重破壞，微管蛋白結構發(fā)生變形，具有較多的非自然態(tài)構象，并且處于各構象迅速轉(zhuǎn)化狀態(tài);低溫下蛋白質(zhì)整體構象較為單一，結構柔性很差，因此也喪失生物功能。研究還發(fā)現(xiàn)常溫和低溫下蛋白質(zhì)的局部結構有明顯差異。這些結果對于深刻理解微管蛋白的生理活動具有重要的理論指導意義。
　　溶劑水分子通過氫鍵、親疏水作用等影響微管蛋白的結構、性質(zhì)與構象轉(zhuǎn)化過程。不同溫度下，溶劑水分子在構象轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮著截然不同的作用:在低溫條件下，溶劑

4、水分子與微管蛋白結構分子形成復雜的氫鍵網(wǎng)絡從而降低了構象轉(zhuǎn)化速率，同時也凍結蛋白質(zhì)分子和破壞其本身固有的柔性;在高溫條件下，溶劑水分子的極性嚴重削弱，它的存在加快了構象轉(zhuǎn)化和變性進程，從而使蛋白質(zhì)結構嚴重偏離其自然狀態(tài)。
　　單獨活性肽段的構象的和其在蛋白質(zhì)中的有著明顯的差異，且結構穩(wěn)定性也顯著的下降。這表明截取的活性肽段會導致生物活性功能的喪失。通過分子動力學模擬截取的6組不同長度的肽段，我們發(fā)現(xiàn)當活性肽段的氮端和碳端都有適當?shù)?/p>