《分子動力學模擬研究溶液環境對蛋白質構象的影響》是依託南京師範大學，由衛海燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分子動力學模擬研究溶液環境對蛋白質構象的影響
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：衛海燕
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水在蛋白質結構和功能中扮演著至關重要的角色，蛋白質發揮功能不僅僅是通過改變自身構象和運動性實現，還可以通過影響周圍的溶劑環境實現。研究溶液環境對蛋白質的影響，理解蛋白質與溶液的相互作用以及這種作用如何影響蛋白質功能區域的構象變化，對於調控蛋白質在給定溶液中的構象和功能，發展蛋白質穩定化和體外摺疊、製劑等技術等有著重要的意義。本申請項目將利用分子動力學模擬技術，研究蛋白質在共溶劑包括：降解劑(尿素等)和穩定劑(甘油、氧化三甲銨等)的溶液中的構象轉換，從共溶劑對水溶液氫鍵網路結構的影響這一思路為出發點，研究水分子、共溶劑和蛋白質之間的相互作用機制，以及探討甘油、氧化三甲銨等穩定劑在阻止正常蛋白質的異樣化，預防prion蛋白粒子病等摺疊病的機制。
結題摘要
蛋白質發揮功能不僅僅是通過改變自身構象和運動性實現，還可以通過影響周圍的溶劑環境實現。本項目利用分子動力學模擬技術，研究了降解劑（尿素、四甲基尿素等）和穩定劑包括多元醇和糖類、甲胺類和小胺基酸分子（甘油，山梨醇，阿糖醇，海藻糖）對複雜結構蛋白分子20merDP6D，β-barrel，溶解酵素 （lysozyme），凝乳蛋白酶抑制劑（CI2），WW域蛋白的天然構象的變性以及保護的作用機理。研究結果表明：（1）尿素降解蛋白質是通過直接和蛋白質的主、側鏈基團作用，以及改變蛋白質周圍水溶液結構的間接作用相結合的模型，而四甲基尿素和氧化三甲胺則是通過改變蛋白質周圍水溶液結構的模型來影響蛋白質構象。四甲基尿素改變白質周圍水水溶液的氫鍵結構，減弱了其疏水作用，從而使蛋白質的疏水基團變性。尿素和四甲基尿素和蛋白質的作用不同機制導致了其在降解HP-35肽鏈存在著明顯差異：在尿素溶液中，肽鏈降解誘發是從破壞a-螺旋結構開始；而在四甲基尿素（TMU）溶液中，破壞肽鏈是從疏水核開始。（2）四甲基尿素溶液破壞1HQJ二聚行為，而TMAO溶液能夠促使1HQJ形成穩定的聚集體。同時，在項目實施過程中，我們對研究體系進行了重要擴充，研究了（3）磷酸鹽naphthalen-1-ylmethylphosphonic acid (NYPA)表面修飾降低納米顆粒細胞毒性的作用機制，結果表明NYPA和SWNTs存在著較強的–堆積作用， NYPA修飾SWNTs很好的使肌紅蛋白myoglobin (Mb)蛋白質固定化；（4）蛋白質肽段（如纖維蛋白原、轉鐵蛋白）在碳納米管的表面存在著進行競爭性的吸附。通過觀察肽CBP在扶手椅型單壁碳納米管內的輸運過程，我們發現CBP與單壁碳納米管存在強烈的吸引作用，能夠封裝到管內。而甲基功能化單壁碳納米管對多肽表現強烈的排斥作用，未能夠封裝到單壁碳納米管內。分析結果顯示主要驅動力為多肽和碳納米管間的范德華相互作用，由於碳納米管的拓撲結構對於水分子在管道內的排列方式和擴散速度具有明顯影響，而這種影響間接影響了客體大分子的動力學行為。
