《含羥基類滲透劑穩定蛋白質的分子機理研究》是依託天津大學，由劉夫鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：含羥基類滲透劑穩定蛋白質的分子機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉夫鋒
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
小分子醇和糖等含羥基類滲透劑是一類重要的蛋白質穩定劑和摺疊助劑，有些（如海藻糖、甘油等）已套用於輔助蛋白質摺疊復性和穩定化，但其作用的分子機理尚不清楚。針對此問題，本研究以羥基滲透劑穩定蛋白質的分子機理研究為目標，選擇蛋白質的基本結構單元（胺基酸、多肽）和具有代表性的蛋白質作為研究對象，利用分子動力學模擬和實驗研究（微量量熱、螢光光譜、圓二色光譜和自相互作用色譜）相結合的研究方法，從分子層面、熱力學性質和巨觀結構轉換等方面解析羥基滲透劑-蛋白質之間的相互作用，探索羥基滲透劑穩定蛋白質的關鍵作用位點及其作用規律，從而從多角度解析羥基滲透劑穩定蛋白質的作用機理；在此基礎上，採用分子動力學模擬方法設計新型蛋白質穩定劑，提高蛋白質穩定化效能，促進蛋白質摺疊復性收率的提高。研究結果對羥基滲透劑穩定蛋白質的機理認識和高效蛋白質穩定劑和摺疊助劑的開發套用具有重要的理論意義和實際套用價值。
結題摘要
含羥基類滲透劑是一類常用的蛋白質穩定劑，主要包括小分子糖和醇。以解析含羥基類滲透劑穩定蛋白質的分子機理為目標，在含羥基類滲透劑對蛋白質的穩定化方面開展了系統研究。首先，利用分子動力學模擬解析獲得了含羥基類滲透劑穩定蛋白質的作用機理，首次發現了含羥基類滲透劑的分子體積與其穩定蛋白質的能力密切相關。利用分子動力學模擬解析獲得了海藻糖抑制蛋白質脲變性的分子機理，發現海藻糖通過氫鍵和脲發生作用並和脲一起被蛋白質優先排阻，從而降低了脲對蛋白質的變性作用。在此基礎上，利用Stopped-flow螢光光譜儀解析獲得了海藻糖抑制蛋白質脲變性的熱力學和動力學方面的詳細信息，發現在高濃度海藻糖溶液中蛋白質的脲變性展開途徑由雙階段變為單階段，且其速率常數和振幅均隨海藻糖濃度增加而降低。進而研究了海藻糖對蛋白質酸變性的熱力學和動力學特性，研究表明在高濃度海藻糖溶液中，蛋白質酸變性的展開途徑由三階段變為雙階段，其速率常數隨海藻糖濃度的增加而降低。此外，詳細解析了海藻糖和鹽協同抑制蛋白質酸變性的熱力學和動力學方面的詳細信息。在含羥基類分子抑制蛋白質聚集方面，選擇有代表性的含羥基類分子海藻糖和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)為目標分子，研究了上述分子對阿爾茨海默病的致病蛋白澱粉質β-蛋白（Aβ）構象轉換和聚集的分子機理。探明了海藻糖分子抑制Aβ42構象轉換的分子機理，發現海藻糖的優先排阻作用是其抑制Aβ42構象轉換的主要原因。而EGCG則是通過排除蛋白質表面的水分子而與Aβ42發生直接相互作用，從而抑制Aβ42的構象轉換。此外，EGCG和Aβ42之間的作用力主要為非極性相互作用，而極性相互作用的貢獻很小；並進一步利用自由能分解方法解析獲得了EGCG與Aβ42之間相互作用的關鍵殘基。EGCG與Aβ42之間相互作用的熱力學分析表明，EGCG與Aβ42的結合過程以疏水相互作用和氫鍵共同主導，且相互作用會隨著它們濃度的變化而變化。並解析了Aβ17-42五聚體的分子間相互作用，發現非極性相互作用主要由多肽的主鏈和九個疏水殘基的側鏈提供，而靜電相互作用卻主要由疏水殘基的主鏈和帶電殘基的側鏈所提供。上述研究成果已發表SCI收錄學術論文14篇，申請國家發明專利2項。
