分子動(dòng)力學(xué)研究微管蛋白及其活性肽段的構(gòu)象和穩(wěn)定性.pdf

1、微管蛋白作為細(xì)胞骨架微管的重要結(jié)構(gòu)單元，不僅參與了植物細(xì)胞的有絲分裂、物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞壁構(gòu)建以及氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的分化等眾多生理活動(dòng)，而且也是多種藥物分子如秋水仙素、長(zhǎng)春花堿、紫杉醇的作用靶點(diǎn)。微管蛋白在生物細(xì)胞體內(nèi)是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)境的調(diào)節(jié)和影響，而這種動(dòng)態(tài)特性又是其實(shí)現(xiàn)其生理功能的前提條件。因此，微管蛋白的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性對(duì)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(jī)制，首先必

2、須研究其在不同環(huán)境下的構(gòu)象特征、穩(wěn)定性及構(gòu)象動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變過程。
　　運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)(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(gòu)象轉(zhuǎn)變的動(dòng)態(tài)過程。結(jié)合蛋白質(zhì)整體結(jié)構(gòu)和活性部位肽段的構(gòu)象分析，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)在各個(gè)條件下平衡態(tài)構(gòu)象特征以及構(gòu)象轉(zhuǎn)變的動(dòng)態(tài)過程并不相同，微管蛋白在常溫下構(gòu)象變化幅度較小，因此具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;而微管蛋白在高溫和低溫下都會(huì)變性，但其機(jī)制不同:高溫下維系蛋

3、白質(zhì)結(jié)構(gòu)的氫鍵遭到嚴(yán)重破壞，微管蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，具有較多的非自然態(tài)構(gòu)象，并且處于各構(gòu)象迅速轉(zhuǎn)化狀態(tài);低溫下蛋白質(zhì)整體構(gòu)象較為單一，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有明顯差異。這些結(jié)果對(duì)于深刻理解微管蛋白的生理活動(dòng)具有重要的理論指導(dǎo)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(jié)構(gòu)、性質(zhì)與構(gòu)象轉(zhuǎn)化過程。不同溫度下，溶劑水分子在構(gòu)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(jié)構(gòu)分子形成復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)從而降低了構(gòu)象轉(zhuǎn)化速率，同時(shí)也凍結(jié)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(yán)重削弱，它的存在加快了構(gòu)象轉(zhuǎn)化和變性進(jìn)程，從而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重偏離其自然狀態(tài)。
　　單獨(dú)活性肽段的構(gòu)象的和其在蛋白質(zhì)中的有著明顯的差異，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也顯著的下降。這表明截取的活性肽段會(huì)導(dǎo)致生物活性功能的喪失。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬截取的6組不同長(zhǎng)度的肽段，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)活性肽段的氮端和碳端都有適當(dāng)?shù)?/p>