軟著陸製備蛋白質（肽）微陣列的化學動力學模擬研究

《軟著陸製備蛋白質（肽）微陣列的化學動力學模擬研究》是依託哈爾濱工業大學，由楊麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：軟著陸製備蛋白質（肽）微陣列的化學動力學模擬研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊麗

項目摘要

蛋白質（肽）微陣列在生物學、臨床醫學和環境監測等方面具有重要套用價值，其製備技術成為研究熱點。軟著陸（SL）技術可將蛋白質（肽）完整吸附於載體表面，成為一種具有良好套用前景的微陣列製備方法。本項目擬套用量子力學（QM）和分子力學（MM）結合方法對摺疊型和舒展型的質子化氨基乙酸三聚體（gly3+）在三種自組裝單層膜（H-SAM，F-SAM，和COOH-SAM）的軟著陸過程進行直接動力學模擬，從原子水平上探索影響多肽固定效率的有效因素，理解多肽結構和生物活性對自組裝單層膜結構和性質的依賴關係。本項目的實施可為探索蛋白質（肽）微陣列製備技術提供有價值的理論參考。

結題摘要

蛋白質微陣列在臨床檢驗醫學、遺傳學、腫瘤學、蛋白質功能研究與測定等方面有廣闊的套用前景；質譜中軟著陸（SL）是完整吸附蛋白質和生物分子的有效手段，因此成為蛋白質晶片製備的前沿技術。實現蛋白質微陣列的可控制備需對蛋白質捕獲過程、蛋白質與底基相互作用機制、影響捕獲效率的因素和蛋白質生物活性保持等問題有充分的理解和掌握。本課題通過化學動力學模擬的方式，從原子水平探索上述關鍵科學問題。主要研究內容包括構建體系全維勢能函式，正確描述體系長程相互作用是保證模擬結果正確性的關鍵，是本項目的重點和難點。體系建模也是課題的主要研究內容，包括自行編寫和調試程式搭建SAMs結構模型，生成模擬輸入檔案、數據分析等。項目通過改變多肽的尺寸和初始碰撞能等研究多肽的捕獲過程、捕獲過程中的能量轉移、多肽構象變化等重要問題。研究結果發現三種機理：濺射、暫時性吸附和捕獲機制。與軟著陸有關的是捕獲機制，初始碰撞能是影響該機理效率的主要因素，該機制主要發生在低能區域5 ~ 22.5 eV，且隨著碰撞能的增加效率降低。捕獲後多肽的構象變化是檢驗蛋白質是否保持生物活性的重要依據。通過監測多肽構象隨時間的演化曲線發現，多肽被捕獲後其初始的摺疊結構被打開，逐漸傾向延展結構，增大多肽與表面的相互作用力。更詳細的研究發現多肽僅可陷入SAM的第一或二層，且並非所有重原子發生滲透。可見多肽與F-SAM間有較強斥力，表面體現較大剛性，從而很好解釋了實驗上稱F-SAM為“Hard wall”的原因。對能量轉移效率隨著多肽尺寸和表面性質的變化研究發現，能量轉移效率不受多肽質量甚至種類的影響，表面性質是影響轉移效率的關鍵因素。通過課題的研究我們得出的重要結論，為實現蛋白質微陣列的可控制備提供重要微觀原理、理論依據和指導：調控初始碰撞能是影響軟著陸效率的重要因素；基底性質是決定軟著陸效率的關鍵條件；蛋白質固定後其構象會發生變化，尺寸較小的蛋白質更有利於構型保持。